JP2022125261A - Manufacturing method of composite material structure - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce jig costs and workload, and to enable high-precision molding of a surface shape of a composite material structure, in a case of manufacturing the panel-shaped composite material structure with concave surface.
SOLUTION: A manufacturing method of a composite material structure includes: a first step of forming a laminated unit having a laminated structure including a first plate, a laminate, and a second plate by placing a sheet-like laminate containing a plurality of stacked prepregs on a convex side of the first plate, which is curved in an arc shape when viewed from one direction perpendicular to a plate thickness direction, and placing a second plate, which is curved in an arc shape when viewed from one direction and has a lower stiffness than the first plate, on an opposite side of the laminate from the first plate, with the convex side facing the first plate; and a second step in which the laminate is formed into a predetermined shape and cured while the laminate unit is supported by a base from the second plate side, after the first step.
SELECTED DRAWING: Figure 1
COPYRIGHT: (C)2022,JPO&INPIT

Description

本発明は、複合材料構造物の製造方法及び複合材料構造物の製造用治具に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a composite material structure and a jig for manufacturing a composite material structure.

例えば特許文献１に開示されるように、マンドレル（オス型）の凸状の外表面に複数のプリプレグを積層した積層体を重ねて配置し、この積層体に成形型を重ねて配置した状態で、マンドレルと成形型とにより積層体を成形しながら硬化させることで、一方向から見て凹状に湾曲した表面（以下、単に凹面とも称する。）を有するパネル状の複合材料構造物を製造する方法（以下、マンドレル工法と称する。）が知られている。 For example, as disclosed in Patent Document 1, a laminate obtained by laminating a plurality of prepregs is stacked on the convex outer surface of a mandrel (male type), and a mold is placed over the laminate. A method of manufacturing a panel-like composite material structure having a concavely curved surface (hereinafter also simply referred to as a concave surface) when viewed from one direction by curing the laminated body while molding it with a mandrel and a mold. (hereinafter referred to as mandrel construction method) is known.

また、例えば特許文献２に開示されるように、メス型の凹状の内表面に積層体を重ねて配置し、この積層体に薄肉のプレートを重ねて配置した状態で、メス型とプレートとにより積層体を成形しながら硬化させることで、凹面を有するパネル状の複合材料構造物を製造する方法（以下、メス型工法と称する。）が知られている。複合材料構造物としては、例えば、航空機胴体等が挙げられる。 Further, as disclosed in Patent Document 2, for example, a laminate is placed on the concave inner surface of a female mold, and a thin plate is placed on top of this laminate. 2. Description of the Related Art A method of manufacturing a panel-like composite material structure having a concave surface by curing a laminate while molding it (hereinafter referred to as a female mold method) is known. Composite material structures include, for example, aircraft fuselages and the like.

特許第５５７６６５０号公報Japanese Patent No. 5576650 特開２０１３－１８２８６号公報JP 2013-18286 A

マンドレル工法は、複合材料構造物の凹面をマンドレルにより高精度に形成できる等の利点がある。これは、複合材料構造物を航空機胴体に適用した場合、胴体内面にあたる凹面に様々のパーツを取り付ける際にシム調整を不要にできる点で好ましい。しかしながら、種類の異なる複合材料構造物毎に専用のマンドレルが必要な場合がある。例えば、長さの異なる複数の派生機胴体では、各部に要求される剛性が異なるため、機種毎に外径は一定としつつも胴体スキンの板厚が異なるためにマンドレル形状は異なることとなる。従って、機種毎に専用マンドレルが必要となる。そのため、生産レートが高い場合には複数個の高額なマンドレルが必要となり、治具コストの上昇を招く原因となってきた。 The mandrel construction method has advantages such as being able to form the concave surface of the composite material structure with high precision using a mandrel. This is preferable in that when the composite material structure is applied to an aircraft fuselage, shim adjustment is not required when various parts are attached to the concave surface corresponding to the inner surface of the fuselage. However, a dedicated mandrel may be required for each different type of composite structure. For example, in a plurality of derived aircraft fuselages with different lengths, the rigidity required for each part is different, so the mandrel shape will be different because the thickness of the fuselage skin is different even though the outer diameter is constant for each model. Therefore, a dedicated mandrel is required for each model. Therefore, when the production rate is high, a plurality of expensive mandrels are required, which causes an increase in jig cost.

またメス型工法は、航空機胴体のように派生機であっても機種間で外径を一定にする場合、最長の１つのメス型により複数種の複合材料構造物を製造できるため、マンドレル工法に比べて、専用の形状を持ったマンドレルが不要であり、治具コストの低減が図れる利点がある。しかしながら、複合材料構造物の凹面（航空機においては胴体内面）を高精度に形成しにくいため、凹面に様々のパーツを取り付ける際にシム調整が必要になるという問題がある。
これらの問題は、例えば、製造しようとする複合材料構造物が、航空機胴体等のように、比較的大型のものである場合に顕著となる。 In addition, the female mold construction method can be used to manufacture multiple types of composite material structures with a single longest female mold, even if it is a derived aircraft such as an aircraft fuselage. Compared to this, there is no need for a mandrel with a special shape, and there is an advantage that jig costs can be reduced. However, since it is difficult to form the concave surface of the composite material structure (the inner surface of the fuselage in the case of an aircraft) with high accuracy, there is a problem that shim adjustment is required when various parts are attached to the concave surface.
These problems become significant, for example, when the composite material structure to be manufactured is relatively large, such as an aircraft fuselage.

本発明はこの課題に鑑みてなされたものであって、凹面を有するパネル状の複合材料構造物を製造する場合において、治具コストの低減及び作業負担の軽減を図ると共に、複合材料構造物の表面形状を高精度に成形可能にすることを目的とする。 The present invention has been made in view of this problem. The object is to enable the surface shape to be formed with high accuracy.

本発明の一態様に係る複合材料構造物の製造方法は、板厚方向に垂直な一方向から見て円弧状に湾曲する第１プレートの凸面上に、複数の積層されたプリプレグを含むシート状の積層体を重ねて配置し、前記積層体の前記第１プレート側とは反対側の面上に、前記一方向から見て円弧状に湾曲し且つ前記第１プレートよりも低剛性の第２プレートを前記第１プレートと凸面の向きを揃えながら重ねて配置することにより、前記第１プレート、前記積層体、及び前記第２プレートを含む積層構造を有する積層ユニットを形成する第１ステップと、前記第１ステップ後、前記積層ユニットを前記第２プレート側からベース台により支持した状態で、前記積層体を所定形状に成形且つ硬化させる第２ステップと、を有する。 A method for manufacturing a composite material structure according to an aspect of the present invention is a sheet-like structure including a plurality of laminated prepregs on a convex surface of a first plate curved in an arc when viewed from one direction perpendicular to the plate thickness direction. and a second plate curved in an arc when viewed from the one direction and having lower rigidity than the first plate is formed on the surface of the laminate opposite to the first plate side of the laminate. a first step of forming a laminate unit having a laminate structure including the first plate, the laminate, and the second plate by overlapping a plate with the first plate while aligning the direction of the convex surface; After the first step, a second step of molding and curing the laminate into a predetermined shape while supporting the laminate unit from the second plate side by a base.

上記方法によれば、第２ステップにおいて、第２プレートよりも剛性の高い第１プレートの凸面により、高精度な凹面を有するように積層体を硬化できる。また第２ステップでは、積層ユニットを第２プレートの積層体側からベース台により支持することで、積層体を第１プレートとベース台とで挟み込みながら支持できる。よって、積層体の厚み寸法がばらつくのを良好に防止しながら積層体を安定して硬化できる。従って、凹面が高精度に形成されたパネル状の複合材料構造物を製造できる。 According to the above method, in the second step, the convex surface of the first plate, which is more rigid than the second plate, can harden the laminate so as to have a highly precise concave surface. In the second step, by supporting the laminate unit from the second plate on the side of the laminate by the base table, the laminate can be supported while sandwiched between the first plate and the base table. Therefore, the laminate can be stably cured while effectively preventing variations in the thickness dimension of the laminate. Therefore, it is possible to manufacture a panel-shaped composite material structure in which the concave surface is formed with high accuracy.

また例えば、第１プレート及び第２プレートの少なくとも一方を撓ませることで、第１プレート及び第２プレートの形状を調整できる。よって、一対の第１プレートと第２プレートとにより、複数種類の複合材料構造物を製造できる。 Further, for example, by bending at least one of the first plate and the second plate, the shapes of the first plate and the second plate can be adjusted. Therefore, a plurality of types of composite material structures can be manufactured from the pair of the first plate and the second plate.

また積層体は、第１プレートと第２プレートとにより成形されながら硬化されるので、種類の異なる複合材料構造物を製造する毎に専用のベース台やプレートを個別に用意する必要がない。また、重量の比較的軽い第１プレート及び第２プレートを用いて複合材料構造物を製造できるので、オペレータによるハンドリングを向上できる。従って、複合材料構造物を製造する際の治具コストの低減及び作業負担の軽減を図れる。 In addition, since the laminate is cured while being shaped by the first plate and the second plate, there is no need to separately prepare dedicated bases and plates each time a different type of composite material structure is manufactured. Also, since the composite material structure can be manufactured using the first plate and the second plate which are relatively light in weight, the handling by the operator can be improved. Therefore, it is possible to reduce the cost of jigs and lighten the work load when manufacturing a composite material structure.

前記ベース台は、前記第１プレートの前記凸面を所定形状に保ちながら前記積層ユニットに対して前記第２プレート側から接触して前記積層ユニットを支持する支持面を有していてもよい。これにより、ベース台の支持面で積層ユニットを良好に支持できるので、凹面が高精度に形成された複合材料構造物を製造できる。 The base may have a support surface that supports the stacked unit by contacting the stacked unit from the second plate side while maintaining the convex surface of the first plate in a predetermined shape. As a result, the lamination unit can be well supported by the supporting surface of the base table, so that a composite material structure in which the concave surface is formed with high accuracy can be manufactured.

前記第２ステップでは、前記積層ユニットを前記ベース台とは独立してバッグフィルムにより気密に覆った後、前記積層ユニットを前記ベース台により支持した状態で、高温高圧気体を用いて、前記積層ユニットを加熱し且つ厚み方向両側から加圧しながら前記積層体を硬化させてもよい。 In the second step, after the lamination unit is airtightly covered with a bag film independently of the base, a high-temperature and high-pressure gas is used to press the lamination unit while the lamination unit is supported by the base. may be cured while heating and applying pressure from both sides in the thickness direction.

上記方法によれば、治具コストの低減及び作業負担の軽減を図りつつ、バッグフィルムと高温高圧気体とを用いて、積層体を第１プレートと第２プレートとに密着させて、積層体を厚み方向両側から加圧して硬化させ、凹面が高精度に形成された複合材料構造物を製造できる。 According to the above method, the laminate is brought into close contact with the first plate and the second plate by using the bag film and the high-temperature and high-pressure gas while reducing the jig cost and the work load. By applying pressure from both sides in the thickness direction and curing, a composite material structure in which concave surfaces are formed with high accuracy can be manufactured.

前記第１プレートの最大板厚寸法は、前記第２プレートの最大板厚寸法よりも厚くてもよい。これにより、第１プレートの剛性を第２プレートの剛性よりも高め易くすることができる。 A maximum thickness dimension of the first plate may be thicker than a maximum thickness dimension of the second plate. This makes it easier to increase the rigidity of the first plate more than the rigidity of the second plate.

前記第１ステップは、前記第１プレートを、上面が前記凸面且つ下面が凹面となるように配置すると共に、前記第１プレートの前記凸面を所定形状に保ちながら前記第１プレートを前記下面側から支持部材により支持する第１サブステップと、前記第１サブステップ後、前記第１プレートの前記上面上に前記積層体を重ねて配置する第２サブステップと、前記第２サブステップ後、前記第１プレートを前記支持部材により支持した状態で、前記支持部材と共に前記第１プレートと前記積層体とを上下反転させる第３サブステップと、を有してもよい。 In the first step, the first plate is arranged so that the upper surface is the convex surface and the lower surface is the concave surface, and the first plate is moved from the lower surface side while maintaining the convex surface of the first plate in a predetermined shape. a first substep of supporting with a support member; after the first substep, a second substep of arranging the stack on the top surface of the first plate; after the second substep, the second substep; and a third sub-step of vertically inverting the first plate and the laminate together with the supporting member while the first plate is supported by the supporting member.

上記方法によれば、第１サブステップにおいて、第１プレートの凸面を支持部材により所定形状に保った状態で、第２サブステップにおいて、第１プレートの上面に積層体を適切な形状で重ねて配置できる。また、第３サブステップにおいて、第１プレートを支持部材により支持した状態で、支持部材と共に第１プレートと積層体とを上下反転させることで、第１プレートと積層体との形状を保持しながら、第３サブステップから第２ステップへスムーズに移行できる。 According to the above method, in the first sub-step, the convex surface of the first plate is maintained in a predetermined shape by the supporting member, and in the second sub-step, the laminate is stacked on the upper surface of the first plate in an appropriate shape. can be placed. Further, in the third sub-step, while the first plate is supported by the support member, the first plate and the stack are turned upside down together with the support member, thereby maintaining the shapes of the first plate and the stack. , the transition from the third sub-step to the second step can be performed smoothly.

本発明の一態様に係る治具は、複数の積層されたプリプレグを含むシート状の積層体を所定形状に成形且つ硬化させるための複合材料構造物の製造用治具であって、板厚方向に垂直な一方向から見て円弧状に湾曲し且つ凸面上に前記積層体が重ねて配置される第１プレートと、前記第１プレートよりも低剛性であり、前記一方向から見て円弧状に湾曲し且つ前記積層体の前記第１プレート側とは反対側の面上に前記第１プレートと凸面の向きを揃えながら重ねて配置される第２プレートと、前記第１プレート、前記積層体、及び前記第２プレートを含む積層構造を有する積層ユニットを、前記第２プレート側から支持するベース台と、を備える。 A jig according to one aspect of the present invention is a jig for manufacturing a composite material structure for molding and curing a sheet-like laminate including a plurality of laminated prepregs into a predetermined shape, and a first plate curved in an arc when viewed from a direction perpendicular to the direction perpendicular to the direction, and having the laminate stacked on a convex surface; a second plate that is curved inward and that is superimposed on the surface of the laminate opposite to the first plate while aligning the direction of the convex surface with that of the first plate; the first plate and the laminate; , and a base that supports a laminated unit having a laminated structure including the second plate from the second plate side.

上記構成によれば、第２プレートよりも剛性の高い第１プレートの凸面を用いて、高精度な凹面を有するように積層体を硬化できる。また、積層ユニットを第２プレートの積層体側からベース台により支持することで、積層体を第１プレートとベース台とで挟み込みながら支持できるので、積層体の厚み寸法がばらつくのを良好に防止しながら積層体を硬化できる。従って、凹面が高精度に形成された複合材料構造物を製造できる。 According to the above configuration, by using the convex surface of the first plate, which has higher rigidity than the second plate, the laminate can be cured so as to have a highly accurate concave surface. In addition, by supporting the laminated unit from the second plate on the side of the laminated body by the base, the laminated body can be supported while being sandwiched between the first plate and the base. while the laminate can be cured. Therefore, it is possible to manufacture a composite material structure in which the concave surface is formed with high accuracy.

また例えば、第１プレート及び第２プレートの少なくとも一方を撓ませることで、第１プレート及び第２プレートの形状を調整できる。よって、一対の第１プレートと第２プレートとにより、複数種類の複合材料構造物を製造できる。また積層体は、第１プレートと第２プレートとにより成形できるので、種類の異なる複合材料構造物を製造する毎に専用のベース台やプレートを用意する必要がない。また、重量の比較的軽い第１プレート及び第２プレートを用いて複合材料構造物を製造できるので、オペレータによるハンドリングを向上できる。従って、複合材料構造物を製造する際の治具コストの低減及び作業負担の軽減を図れる。 Further, for example, by bending at least one of the first plate and the second plate, the shapes of the first plate and the second plate can be adjusted. Therefore, a plurality of types of composite material structures can be manufactured from the pair of the first plate and the second plate. Moreover, since the laminate can be formed by the first plate and the second plate, there is no need to prepare a dedicated base stand or plate each time a different type of composite material structure is manufactured. Also, since the composite material structure can be manufactured using the first plate and the second plate which are relatively light in weight, the handling by the operator can be improved. Therefore, it is possible to reduce the cost of jigs and lighten the work load when manufacturing a composite material structure.

前記ベース台は、前記第１プレートの前記凸面を所定形状に保ちながら前記積層ユニットに対して前記第２プレート側から接触して前記積層ユニットを支持する支持面を有してもよい。 The base may have a support surface that supports the stacked unit by contacting the stacked unit from the second plate side while maintaining the convex surface of the first plate in a predetermined shape.

このように、第１プレートの凸面を所定形状に保ちながら積層ユニットを第２プレート側からベース台の支持面により支持することで、治具コストの低減及び作業負担の軽減を図りながら、凹面が高精度に形成された複合材料構造物を製造できる。 Thus, by supporting the laminated unit from the second plate side by the support surface of the base while maintaining the convex surface of the first plate in a predetermined shape, it is possible to reduce the cost of jigs and the work load while reducing the concave surface. Precisely formed composite structures can be manufactured.

前記第１プレートの前記凸面を所定形状に保ちながら前記第１プレートを凹面側から支持すると共に、前記第１プレートを支持した状態で、前記第１プレートを板厚方向に反転可能に配置された支持部材を更に備えていてもよい。 The first plate is supported from the concave surface side while the convex surface of the first plate is maintained in a predetermined shape, and the first plate is arranged so as to be reversible in the plate thickness direction while the first plate is supported. A support member may also be provided.

上記構成によれば、支持部材により第１プレートの凸面を所定形状に保つことができるため、第１プレートに重ねて配置された積層体を所定形状に保ちつつ、支持部材により積層体を第１プレートと共に第１プレートの板厚方向に反転させて、積層体を第２プレートに良好に重ねて配置できる。 According to the above configuration, the convex surface of the first plate can be maintained in a predetermined shape by the supporting member. By inverting the thickness direction of the first plate together with the plate, the laminated body can be placed on the second plate in a favorable manner.

本発明の各態様によれば、複合材料構造物を製造する場合において、治具コストの低減及び作業負担の軽減を図れると共に、複合材料構造物の表面形状を高精度に成形できる。 According to each aspect of the present invention, when manufacturing a composite material structure, it is possible to reduce the jig cost and work load, and to form the surface shape of the composite material structure with high accuracy.

実施形態に係る複合材料構造物により構成された航空機胴体の部分図である。1 is a partial view of an aircraft fuselage constructed from composite material structures according to embodiments; FIG. 図１の複合材料構造物を製造する際に用いられる製造用治具の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a manufacturing jig used when manufacturing the composite material structure of FIG. 1; 実施形態に係る複合材料構造物の製造方法のフロー図である。1 is a flow diagram of a method for manufacturing a composite material structure according to an embodiment; FIG. （Ａ）～（Ｄ）は、図３の各ステップを説明するための図である。4A to 4D are diagrams for explaining each step in FIG. 3; FIG. 従来のメス型工法による硬化ステップを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the hardening step by the conventional scalpel construction method.

以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

（実施形態）
［複合材料構造物］
図１は、実施形態に係る複合材料構造物２０（以下、構造物２０と称する。）により構成された航空機胴体の部分図である。構造物２０はパネル状であり、一例として、航空機胴体を構成するスキンパネルである。構造物２０は、航空機胴体の長手方向（後述する一方向）から見て、円弧状に湾曲して同方向に延びる曲板である。 (embodiment)
[Composite structure]
FIG. 1 is a partial view of an aircraft fuselage made up of a composite material structure 20 (hereinafter referred to as structure 20) according to an embodiment. The structure 20 has a panel shape, and is, for example, a skin panel that constitutes an aircraft fuselage. The structure 20 is a curved plate that curves in an arc and extends in the longitudinal direction (one direction described later) of the aircraft fuselage.

構造物２０は、後述するように、複数の積層されたプリプレグを含むシート状の積層体１５を硬化させた複合材料により製造されている。プリプレグは、繊維シートと、該繊維シートに含浸された樹脂を含む。構造物２０は、ＦＰＲ構造を有する。このＦＲＰ構造は、本実施形態では炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）により構成されているが、その他の繊維強化プラスチックにより構成されていてもよい。 The structure 20 is manufactured from a composite material obtained by curing a sheet-like laminate 15 including a plurality of laminated prepregs, as will be described later. A prepreg includes a fiber sheet and a resin impregnated in the fiber sheet. Structure 20 has an FPR structure. Although this FRP structure is made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) in this embodiment, it may be made of other fiber reinforced plastics.

航空機では、一例として、４つの構造物２０が、胴体の周方向に並べて組み合わされる。航空機胴体の長手方向から見て凹状の表面である凹面２０ｂは、胴体の内周面となる。凹面２０ｂには、同方向に延びる複数のストリンガ（ハット型ストリンガ）２０ｃ（図４（ｄ）参照）が、胴体の周方向に互いに離隔して形成されている。航空機胴体の長手方向から見て凸状の表面である凸面２０ａは、平滑に形成されている。 In an aircraft, for example, four structures 20 are combined side by side in the circumferential direction of the fuselage. The concave surface 20b, which is a concave surface when viewed in the longitudinal direction of the aircraft fuselage, is the inner peripheral surface of the fuselage. A plurality of stringers (hat-shaped stringers) 20c (see FIG. 4(d)) extending in the same direction are formed on the concave surface 20b so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction of the body. The convex surface 20a, which is a convex surface when viewed from the longitudinal direction of the aircraft fuselage, is formed smoothly.

航空機胴体には、内周面に複数の部品（胴体構造を構成するフレームやフロアビームなどの構造部品等）が所定位置に正確に取り付けられることが要求される。従って、構造物２０の凹面２０ｂは、高精度で形成されていることが要求される。構造物２０は、以下に説明する製造用治具１を用いて製造されることにより、凹面２０ｂが高精度に形成されている。 BACKGROUND OF THE INVENTION An aircraft fuselage is required to have a plurality of parts (structural parts such as frames and floor beams that make up the fuselage structure) accurately attached to the inner peripheral surface at predetermined positions. Therefore, the concave surface 20b of the structure 20 is required to be formed with high accuracy. The structure 20 is manufactured using the manufacturing jig 1 described below, so that the concave surface 20b is formed with high accuracy.

［製造用治具］
図２は、図１の構造物２０を製造する際に用いられる製造用治具１の斜視図である。図２では、フレーム部材６を腕部６ｂの先端側（腕部６ｂの第１プレート２との接触側）を下方に向けて配置した状態を示している。また説明上、第１プレート２と第２プレート３との間に配置される積層体１５を仮想線（二点鎖線）で示している。 [Manufacturing jig]
FIG. 2 is a perspective view of the manufacturing jig 1 used when manufacturing the structure 20 of FIG. FIG. 2 shows a state in which the frame member 6 is arranged with the distal end side of the arm portion 6b (the contact side of the arm portion 6b with the first plate 2) directed downward. Also, for the sake of explanation, the laminate 15 arranged between the first plate 2 and the second plate 3 is indicated by a virtual line (a chain double-dashed line).

製造用治具１は、複数の積層されたプリプレグを含むシート状の積層体１５（構造物２０の製造中間体）を所定形状に成形且つ硬化させて構造物２０を製造するための治具である。 The manufacturing jig 1 is a jig for manufacturing the structure 20 by molding and curing a sheet-like laminate 15 (manufacturing intermediate of the structure 20) including a plurality of laminated prepregs into a predetermined shape. be.

図２に示すように、製造用治具１は、第１プレート２、第２プレート３、支持部材４、及びベース台５を備える。第１プレート２と第２プレート３は、積層体１５を板厚方向に挟み込むように配置される。これにより構造物２０を製造する際には、第１プレート２、積層体１５、及び第２プレート３を含む積層構造を有する積層ユニット１６が形成される。積層ユニット１６は、全体として板状であり、ベース台５により支持された状態で、オートクレーブ内にて高温高圧（オートクレーブ）処理される。 As shown in FIG. 2 , the manufacturing jig 1 includes a first plate 2 , a second plate 3 , a support member 4 and a base 5 . The first plate 2 and the second plate 3 are arranged so as to sandwich the laminate 15 in the plate thickness direction. Thus, when manufacturing the structure 20, the laminate unit 16 having a laminate structure including the first plate 2, the laminate 15, and the second plate 3 is formed. The laminated unit 16 is plate-shaped as a whole, and is subjected to high-temperature and high-pressure (autoclave) processing in an autoclave while being supported by the base table 5 .

第１プレート２と第２プレート３とは、板厚方向に垂直な一（Ｘ）方向（以下、単に一方向と称する。）から見て、円弧状に湾曲して一方向に延びる曲板である。第１プレート２の一方向から見て凸状の表面である凸面２ａには、窪み部２ｃが形成されている。窪み部２ｃは、第１プレート２の板厚方向に窪み且つ一方向に延びるように形成されている。窪み部２ｃは、構造物２０のストリンガ２０ｃを形成するための型部として用いられる。 The first plate 2 and the second plate 3 are curved plates that curve in an arc and extend in one direction when viewed from one (X) direction (hereinafter simply referred to as one direction) perpendicular to the plate thickness direction. be. A concave portion 2c is formed on a convex surface 2a, which is a convex surface when viewed from one direction of the first plate 2. As shown in FIG. The recessed portion 2c is formed so as to be recessed in the plate thickness direction of the first plate 2 and extend in one direction. The recessed portion 2c is used as a mold portion for forming the stringer 20c of the structure 20. As shown in FIG.

本実施形態の第１プレート２と第２プレート３とは、同様の材料からなる。一例として、第１プレート２と第２プレート３とは、ＦＲＰ構造を有する。このＦＲＰ構造は、本実施形態では炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）により構成されているが、その他の繊維強化プラスチックにより構成されていてもよい。構造物２０が航空機胴体の部品である場合、第１プレート２と第２プレート３とは、理想的には航空機胴体の構造材料と同じ熱膨張を有する材料が望ましい。 The first plate 2 and the second plate 3 of this embodiment are made of the same material. As an example, the first plate 2 and the second plate 3 have an FRP structure. Although this FRP structure is made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) in this embodiment, it may be made of other fiber reinforced plastics. If the structure 20 is a part of an aircraft fuselage, the first plate 2 and the second plate 3 are ideally made of a material having the same thermal expansion as the structural material of the aircraft fuselage.

第１プレート２と第２プレート３とが比較的軽量なＦＲＰ構造を有することで、オペレータが第１プレート２と第２プレート３とをハンドリングする際の作業負担が軽減されるとともに、搬送用運搬車や周辺機器が比較的安価で済む。また、第１プレート２と第２プレート３とを同様の材料で構成することにより、第１プレート２と第２プレート３との物性を揃え、構造物２０の両面の物性を均一にし易くすることができる。なお、第１プレート２と第２プレート３とは、異なる材料で構成されていてもよい。 Since the first plate 2 and the second plate 3 have a relatively lightweight FRP structure, the operator's work load when handling the first plate 2 and the second plate 3 is reduced, and the transportation for transportation is reduced. Cars and peripheral equipment are relatively inexpensive. Further, by forming the first plate 2 and the second plate 3 from the same material, the physical properties of the first plate 2 and the second plate 3 can be made uniform, and the physical properties of both surfaces of the structure 20 can be easily made uniform. can be done. Note that the first plate 2 and the second plate 3 may be made of different materials.

第２プレート３は、第１プレート２よりも低剛性である。第２プレート３は、一方向から見て円弧状に湾曲し且つ積層体１５の第１プレート２側とは反対側の面上に第１プレート２と凸面２ａ，３ａの向き（ここでは一例としてＸ，Ｙ，及びＺ方向の向き）を揃えながら重ねて配置される。 The second plate 3 has lower rigidity than the first plate 2 . The second plate 3 is curved in an arc shape when viewed from one direction, and the direction of the first plate 2 and the convex surfaces 2a and 3a (here, as an example, are stacked while aligning the orientations in the X, Y, and Z directions.

第１プレート２の最大板厚寸法は、第２プレート３の最大板厚寸法よりも厚い。これにより第１プレート２は、第２プレート３よりも撓みや歪の発生が抑制されている。よって積層体１５では、オートクレーブ硬化中にプリプレグの樹脂粘度が低下した際に、第２プレート３側の面（凸面１５ａ）に比べて剛性が高い第１プレート２側の面（凹面１５ｂ）に沿って形状が決まり、高精度に成形される。 The maximum plate thickness dimension of the first plate 2 is thicker than the maximum plate thickness dimension of the second plate 3 . As a result, the first plate 2 is less likely to be bent or distorted than the second plate 3 . Therefore, in the laminate 15, when the resin viscosity of the prepreg decreases during autoclave curing, the surface (concave surface 15b) on the first plate 2 side, which has higher rigidity than the surface (convex surface 15a) on the second plate 3 side, The shape is determined by the process, and it is molded with high precision.

また一例として、第１プレート２と第２プレート３との板厚寸法は、それぞれ均一である。プレート２，３は、ある程度の剛性を有しているものの、板厚方向に一定以上の外力が加えられると若干撓む性質を有する。プレート２，３を所望の形に撓ませることで、形状が異なる複数種類の構造物２０を製造できる。よって、複数種類の構造物２０を製造する場合、構造物２０の種類に合わせたプレート２，３の交換回数を低減できるため、構造物２０の治具コストを低減できると共に、プレート２，３の交換に掛かるオペレータの作業負担を軽減できる。 As an example, the plate thickness dimensions of the first plate 2 and the second plate 3 are uniform. Although the plates 2 and 3 have a certain degree of rigidity, they have the property of slightly bending when an external force exceeding a certain level is applied in the plate thickness direction. By bending the plates 2 and 3 into desired shapes, a plurality of types of structures 20 having different shapes can be manufactured. Therefore, when manufacturing a plurality of types of structures 20, the number of exchanges of the plates 2 and 3 according to the type of the structure 20 can be reduced. It is possible to reduce the work load on the operator involved in replacement.

支持部材４は、第１プレート２を、凸面２ａを所定形状に保ちながら凹面２ｂ側から支持すると共に、第１プレート２を支持した状態で第１プレート２を板厚方向に反転可能に配置されている。 The support member 4 supports the first plate 2 from the concave surface 2b side while maintaining the convex surface 2a in a predetermined shape, and is arranged so that the first plate 2 can be reversed in the plate thickness direction while supporting the first plate 2. ing.

本実施形態では、支持部材４が、第１プレート２を下方から支持した状態でワイヤＷにより鉛直（ｚ）方向に吊り下げられ、支持部材４の吊下げ方向が反転されることで、第１プレート２が板厚方向に反転させられる。 In the present embodiment, the support member 4 is suspended in the vertical (z) direction by the wire W while supporting the first plate 2 from below. The plate 2 is turned over in the plate thickness direction.

具体的に支持部材４は、フレーム部材６と、フレーム部材６に固定された複数の保持部材７とを有する。フレーム部材６は、本体部６ａと複数の腕部６ｂとを有する。本体部６ａは、複数の長尺部材の組み合わせからなる。本体部６ａの複数位置には、支持部材４をワイヤＷで吊り下げるための吊下部６ｃが設けられている。 Specifically, the support member 4 has a frame member 6 and a plurality of holding members 7 fixed to the frame member 6 . The frame member 6 has a body portion 6a and a plurality of arm portions 6b. The body portion 6a is composed of a combination of a plurality of long members. Suspension portions 6c for suspending the support member 4 with wires W are provided at a plurality of positions of the body portion 6a.

腕部６ｂは、本体部６ａの一方の面から突出している。腕部６ｂの先端は、第１プレート２の凹面２ｂと接触する。これにより第１プレート２は、複数の腕部６ｂにより凹面２ｂ側から支持される。 The arm portion 6b protrudes from one surface of the body portion 6a. The tip of the arm portion 6 b contacts the concave surface 2 b of the first plate 2 . Thereby, the first plate 2 is supported from the concave surface 2b side by the plurality of arm portions 6b.

腕部６ｂは、その長手方向に連結された複数の連結部材６ｄを有する。腕部６ｂの側方から見たときの隣接する連結部材６ｄ間の連結角度θ、及び、腕部６ｂの最大長さ寸法は、一定範囲内で調節可能である。 The arm portion 6b has a plurality of connecting members 6d connected in its longitudinal direction. The connection angle θ between the adjacent connection members 6d when viewed from the side of the arm 6b and the maximum length dimension of the arm 6b can be adjusted within a certain range.

本実施形態では、特定の方向（図２ではＸ方向）から見て、本体部６ａの中央位置とその両側に対応する位置に腕部６ｂが配置され、本体部６ａの前記両側に対応する位置の各腕部６ｂにおいて隣接する連結部材６ｄが、腕部６ｂの先端が本体部６ａの外方に向けて曲折するように連結されている。 In this embodiment, when viewed from a specific direction (the X direction in FIG. 2), the arm portions 6b are arranged at positions corresponding to the central position and both sides of the main body portion 6a. Adjacent connecting members 6d in each arm portion 6b are connected so that the tip of the arm portion 6b is bent outward from the main body portion 6a.

支持部材４は、前記特定方向と一方向とが一致するように第１プレート２を支持する。連結角度θと、腕部６ｂの最大長さ寸法との少なくとも一方を調整することで、支持部材４は、凸面２ａを所定形状に保ちながら、第１プレート２を複数の腕部６ｂにより支持する。 The support member 4 supports the first plate 2 so that the specific direction and the one direction match. By adjusting at least one of the connection angle θ and the maximum length dimension of the arm portions 6b, the support member 4 supports the first plate 2 with the plurality of arm portions 6b while maintaining the convex surface 2a in a predetermined shape. .

また本実施形態では、連結部材６ｄは、ボルト孔を有している。各腕部６ｂにおいて隣接する連結部材６ｄは、互いのボルト孔にボルトＢを螺合させることで連結されている。腕部６ｂにおける複数の連結部材６ｄは、隣接する連結部材６ｄ間の連結角度θが所定角度に設定された状態で、ボルト孔とボルトＢとの螺合により連結されている。 Moreover, in this embodiment, the connecting member 6d has a bolt hole. Adjacent connecting members 6d in each arm portion 6b are connected by screwing bolts B into their respective bolt holes. The plurality of connecting members 6d in the arm portion 6b are connected by screwing the bolt hole and the bolt B in a state where the connecting angle θ between the adjacent connecting members 6d is set to a predetermined angle.

保持部材７は、フレーム部材６の腕部６ｂに取り付けられ、第１プレート２を凹面２ｂ側から保持する。保持部材７は、一例としてバキュームチャックである。保持部材７は、シリンダ及び該シリンダから出退可能な作動軸を有するアクチュエータと、該アクチュエータの作動軸の先端に取り付けられた吸盤７ａとを有する。保持部材７は、作動軸が所定の突出長さに設定された状態で、第１プレート２の凹面２ｂに吸盤７ａを吸着させることで、第１プレート２を保持する。 The holding member 7 is attached to the arm portion 6b of the frame member 6 and holds the first plate 2 from the concave surface 2b side. The holding member 7 is, for example, a vacuum chuck. The holding member 7 has a cylinder, an actuator having an operating shaft that can move back and forth from the cylinder, and a suction cup 7a attached to the tip of the operating shaft of the actuator. The holding member 7 holds the first plate 2 by causing the suction cups 7a to adhere to the concave surface 2b of the first plate 2 in a state in which the operating shaft is set to have a predetermined projecting length.

ここで、隣接する連結部材６ｄ間の連結角度θが所定角度に設定された複数の腕部６ｂにより第１プレート２を支持しながら、第１プレート２を保持部材７により保持することで、第１プレート２を、凸面２ａを所定形状に保ちながら保持部材７により保持できる。なお保持部材７は、バキュームチャックに限定されず、第１プレート２を保持できるものであればよい。 Here, the first plate 2 is held by the holding member 7 while the first plate 2 is supported by the plurality of arm portions 6b in which the connection angle θ between the adjacent connection members 6d is set to a predetermined angle. 1 plate 2 can be held by holding member 7 while maintaining convex surface 2a in a predetermined shape. Note that the holding member 7 is not limited to a vacuum chuck, and may be any member that can hold the first plate 2 .

ベース台５は、積層ユニット１６を第２プレート３側から支持する。ベース台５は、積層ユニット１６を重力による変形を防止しながら支持する。ベース台５は、支持面５ａを有する。支持面５ａは、第１プレート２の凸面２ａを所定形状に保ちながら積層ユニット１６を第２プレート３側から支持する。 The base 5 supports the stacking unit 16 from the second plate 3 side. The base 5 supports the stacking unit 16 while preventing deformation due to gravity. The base 5 has a support surface 5a. The support surface 5a supports the laminated unit 16 from the second plate 3 side while maintaining the convex surface 2a of the first plate 2 in a predetermined shape.

図２に示すように、ベース台５は、一例としてＸ方向を幅方向、Ｙ方向を長さ方向、Ｚ方向を高さ方向とする直方体状である。１つの側面に垂直な方向（ここではＸ方向）から見て、ベース台５の上面は、下方に向けて凸となる円弧状に湾曲している。このベース台５の上面が、支持面５ａに相当する。 As shown in FIG. 2, the base 5 is, for example, a rectangular parallelepiped with the X direction as the width direction, the Y direction as the length direction, and the Z direction as the height direction. When viewed from the direction perpendicular to one side surface (here, the X direction), the upper surface of the base 5 is curved in a downwardly convex arc shape. The upper surface of the base table 5 corresponds to the support surface 5a.

支持面５ａは、構造物２０の凸面２０ａの形状に対応した形状を有する。支持面５ａは、一例として平滑に形成されているが、例えば、微小な凹凸が形成されていてもよい。ベース台５とプレート２，３とは、前記垂直な方向と一方向とが一致するように組み合わされる。 The support surface 5 a has a shape corresponding to the shape of the convex surface 20 a of the structure 20 . Although the support surface 5a is formed smooth as an example, it may be formed with minute unevenness, for example. The base 5 and the plates 2 and 3 are combined so that the vertical direction and one direction are aligned.

ベース台５の側面には、ベース台５をオートクレーブ内に配置する際等にベース台５を吊り下げるための複数の吊下部５ｂが設けられている。ベース台５は、一例としてアルミニウムにより構成されている。本実施形態では、積層体１５は、主として第１プレート２及び第２プレート３により成形され、ベース台５とは接触しないので、ベース台５の支持面５ａは、それほど高精度に形成されていなくてもよい。このため、ベース台５の材料としては、適度な剛性を有する比較的安価な材料を用いることができる。また、ベース台５の生産コストは、比較的低く抑えられている。 A plurality of suspending portions 5b are provided on the side surface of the base table 5 for suspending the base table 5 when the base table 5 is arranged in an autoclave. The base 5 is made of aluminum, for example. In this embodiment, the laminate 15 is formed mainly by the first plate 2 and the second plate 3 and does not come into contact with the base 5, so the support surface 5a of the base 5 is not formed with such high accuracy. may Therefore, as the material of the base table 5, a relatively inexpensive material having appropriate rigidity can be used. Also, the production cost of the base table 5 is kept relatively low.

なおベース台５は、例えば、支持面５ａを有する板材と、該板材を支持面５ａとは反対側の面から支持する支持フレームとを有する構造を有していてもよい。またプレート２，３、及びベース台５の形状及びサイズは、構造物２０の形状及びサイズに合わせて適宜設定される。図２では、プレート２，３、及びベース台５は、Ｘ方向寸法がＹ方向寸法よりも小さい値に設定されているが、例えば、Ｘ方向寸法がＹ方向寸法よりも大きい値に設定されていてもよい。 Note that the base 5 may have a structure including, for example, a plate member having a support surface 5a and a support frame that supports the plate member from a surface opposite to the support surface 5a. Also, the shape and size of the plates 2 and 3 and the base 5 are appropriately set according to the shape and size of the structure 20 . In FIG. 2, the X-direction dimensions of the plates 2 and 3 and the base table 5 are set to values smaller than the Y-direction dimensions. may

［複合材料構造物の製造方法］
図３は、実施形態に係る構造物２０の製造方法のフロー図である。図４の（Ａ）～（Ｄ）は、図３の各ステップを説明するための図である。図３に示すように、該製造方法は、第１ステップＳ１と第２ステップＳ２とを有する。 [Manufacturing method of composite material structure]
FIG. 3 is a flow diagram of a method for manufacturing the structure 20 according to the embodiment. 4A to 4D are diagrams for explaining each step in FIG. As shown in FIG. 3, the manufacturing method has a first step S1 and a second step S2.

第１ステップＳ１では、第１プレート２の凸面２ａ上に、積層体１５を重ねて配置し、積層体１５の第１プレート２側とは反対側の面上に、第２プレート３を第１プレート２と凸面２ａ，３ａの向きを揃えながら重ねて配置することにより、積層ユニット１６を形成する。第１ステップＳ１は、第１サブステップＳＳ１、第２サブステップＳＳ２、第３サブステップＳＳ３、及び第４サブステップＳＳ４を有する。 In the first step S1, the laminate 15 is placed on the convex surface 2a of the first plate 2, and the second plate 3 is placed on the surface of the laminate 15 opposite to the first plate 2 side. A laminated unit 16 is formed by stacking the plate 2 and the convex surfaces 2a and 3a while aligning the directions thereof. The first step S1 comprises a first sub-step SS1, a second sub-step SS2, a third sub-step SS3 and a fourth sub-step SS4.

第２ステップＳ２では、第１ステップＳ１後、積層ユニット１６を第２プレート３側からベース台５により支持した状態で、積層体１５を所定形状に成形且つ硬化させる。以下、各ステップＳ１及びＳ２について、図４を用いて説明する。 In the second step S2, after the first step S1, the laminated body 15 is formed into a predetermined shape and cured while the laminated unit 16 is supported by the base 5 from the second plate 3 side. Each step S1 and S2 will be described below with reference to FIG.

まずオペレータは、第１プレート２を、上面が凸面２ａ且つ下面が凹面２ｂとなるように配置すると共に、第１プレート２の凸面２ａを所定形状に保ちながら第１プレート２を下面側から支持部材４により支持する（図３の第１サブステップＳＳ１）。またオペレータは、第１サブステップＳＳ１後、第１プレート２の上面上に積層体１５を重ねて配置する（図３の第２サブステップＳＳ２）。 First, the operator disposes the first plate 2 so that the upper surface is the convex surface 2a and the lower surface is the concave surface 2b, and while the convex surface 2a of the first plate 2 is kept in a predetermined shape, the operator moves the first plate 2 from the lower surface side to the supporting member. 4 (first substep SS1 in FIG. 3). Also, after the first sub-step SS1, the operator places the layered body 15 over the upper surface of the first plate 2 (second sub-step SS2 in FIG. 3).

具体的にオペレータは、支持部材４を、腕部６ｂの先端側が上向きになるように載置する。腕部６ｂにおいて隣接する連結部材６ｄ間の連結角度θは、構造物２０の形状に合わせて設定する。設定後、オペレータは、支持部材４の腕部６ｂに第１プレート２を凹面２ｂ側から支持させる。これにより、第１サブステップＳＳ１が行われる（図４（Ａ））。
またオペレータは、第１プレート２の凸面２ａに積層体１５を重ねて配置する。オペレータは、複数のシート状のプリプレグを積層（レイアップ）することにより積層体１５を構成する。一例として、積層体１５は、ストリンガ用プライ１２と、シート状のフィラー１３と、シート状のスキンプライ１４とを含む。ストリンガ用プライ１２、フィラー１３、及びスキンプライ１４は、プリプレグにより構成されている。 Specifically, the operator places the support member 4 so that the tip side of the arm 6b faces upward. A connection angle θ between adjacent connection members 6 d in the arm portion 6 b is set according to the shape of the structure 20 . After setting, the operator causes the arms 6b of the support member 4 to support the first plate 2 from the concave surface 2b side. Thereby, the first sub-step SS1 is performed (FIG. 4(A)).
Also, the operator places the stack 15 on the convex surface 2 a of the first plate 2 . An operator constructs the laminate 15 by laminating (laying up) a plurality of sheet-like prepregs. As an example, the laminate 15 includes a stringer ply 12 , a sheet-like filler 13 , and a sheet-like skin ply 14 . The stringer ply 12, filler 13, and skin ply 14 are made of prepreg.

オペレータは、第１プレート２の窪み部２ｃに対応する位置にストリンガ用プライ１２を配置すると共に、隣接するストリンガ用プライ１２間にフィラー１３を配置する。また、ストリンガ用プライ１２の窪み部２ｃ内に対応する位置には、ストリンガ用プライ１２に、ストリンガ２０ｃを形成するための長尺状治具（ブラダ）１７を重ねて配置する。そして、ストリンガ用プライ１２、フィラー１３、及び治具１７に、スキンプライ１４を重ねて配置する（図４（Ａ））。これらの部材は第１プレート２に配置する度にバッグフィルムにてカバーしてバキューム吸引することでコンパクションされ密着させることにより、第２サブステップＳＳ２が行われる。 The operator places the stringer plies 12 at positions corresponding to the recessed portions 2 c of the first plate 2 and places the filler 13 between the adjacent stringer plies 12 . At a position corresponding to the recess 2c of the stringer ply 12, an elongated jig (bladder) 17 for forming the stringer 20c is placed on the stringer ply 12 so as to overlap. Then, the skin ply 14 is laid on the stringer ply 12, the filler 13, and the jig 17 (FIG. 4(A)). Each time these members are placed on the first plate 2, they are covered with a bag film and subjected to vacuum suction for compaction and close contact, thereby performing the second sub-step SS2.

第２サブステップＳＳ２後、オペレータは、第１プレート２を支持部材４により支持した状態で、支持部材４と共に第１プレート２と積層体１５とを上下反転させる（図３の第３サブステップＳＳ３）。 After the second sub-step SS2, the operator inverts the first plate 2 and the stack 15 together with the supporting member 4 while supporting the first plate 2 by the supporting member 4 (the third sub-step SS3 in FIG. 3). ).

具体的にオペレータは、支持部材４の吊下部６ｃにワイヤＷを連結すると共に、第１プレート２を保持部材７により保持した状態とする。この状態で、ワイヤＷにより支持部材４を図４（Ａ）の状態から上下反転させることで、第１プレート２と積層体１５とを支持部材４と共に上下反転する（図４（Ｂ））。これにより、第３サブステップＳＳ３が行われる。 Specifically, the operator connects the wire W to the hanging portion 6 c of the support member 4 and holds the first plate 2 by the holding member 7 . In this state, the support member 4 is turned upside down from the state of FIG. 4A by the wire W, so that the first plate 2 and the laminate 15 are turned upside down together with the support member 4 (FIG. 4B). Thereby, the third sub-step SS3 is performed.

またオペレータは、ベース台５の支持面５ａに第２プレート３を載置する。第３サブステップＳＳ３後、オペレータは、第１プレート２と積層体１５とを、第２プレート３と重ねて配置する（図３の第４サブステップＳＳ４）。 Also, the operator places the second plate 3 on the support surface 5 a of the base table 5 . After the third sub-step SS3, the operator places the first plate 2 and stack 15 on top of the second plate 3 (fourth sub-step SS4 in FIG. 3).

具体的にオペレータは、ベース台５の支持面５ａに、凹面３ｂが上側となるように第２プレート３を載置する。またオペレータは、第１プレート２、積層体１５、及び第２プレート３が適切な位置で重ねられるように、支持部材４とベース台５との水平方向における相対位置を調整する。この調整後、オペレータは、支持部材４を下方に移動させて、第１プレート２及び積層体１５を、ベース台５上の第２プレート３に重ねて配置する。これにより第４サブステップＳＳ４が行われる。以上で第１ステップＳ１が完了する。 Specifically, the operator places the second plate 3 on the support surface 5a of the base 5 so that the concave surface 3b faces upward. In addition, the operator adjusts the relative positions of the support member 4 and the base 5 in the horizontal direction so that the first plate 2, the laminate 15, and the second plate 3 are stacked at appropriate positions. After this adjustment, the operator moves the support member 4 downward to place the first plate 2 and the laminate 15 over the second plate 3 on the base 5 . Thereby, a fourth sub-step SS4 is performed. 1st step S1 is completed above.

続いてオペレータは、第２ステップＳ２として、第１ステップＳ１後、積層ユニット１６を第２プレート３側からベース台５により支持した状態で、積層体１５を所定形状に成形且つ硬化させる。 Subsequently, as a second step S2, the operator molds and hardens the laminate 15 into a predetermined shape while supporting the laminate unit 16 from the second plate 3 side by the base 5 after the first step S1.

本実施形態の第２ステップＳ２では、オペレータは、積層ユニット１６をベース台５とは独立してバッグフィルム１８により気密に覆った後、積層ユニット１６をベース台５により支持した状態で、積層ユニット１６を加熱し且つ厚み方向両側から加圧しながら積層体１５を硬化させる。 In the second step S2 of the present embodiment, the operator airtightly covers the lamination unit 16 with the bag film 18 independently of the base table 5, and then, with the lamination unit 16 supported by the base table 5, the lamination unit 16 is heated and pressed from both sides in the thickness direction, the laminate 15 is cured.

具体的にオペレータは、第４サブステップＳＳ４後、第１プレート２と第２プレート３との間の内部空間Ｖ１をバッグフィルム１８により封止して、内部空間Ｖ１を真空引き（バギング）する。また、支持部材４を第１プレート２から取り外し、積層ユニット１６をベース台５により支持した状態とする。 Specifically, after the fourth sub-step SS4, the operator seals the internal space V1 between the first plate 2 and the second plate 3 with the bag film 18 and evacuates (bags) the internal space V1. Also, the supporting member 4 is removed from the first plate 2 and the laminated unit 16 is supported by the base 5 .

この状態でオペレータは、ベース台５の吊下部５ｂにワイヤＷを連結してワイヤＷによりベース台５を吊り上げ、積層ユニット１６をベース台５と共にオートクレーブ内に載置する。その後オペレータは、オートクレーブ内において、積層体１５を高温高圧処理することにより、積層体１５を所定形状に成形且つ硬化させる（図４（Ｃ））。 In this state, the operator connects the wire W to the suspending portion 5b of the base table 5, lifts the base table 5 by the wire W, and places the lamination unit 16 together with the base table 5 in the autoclave. After that, the operator molds and hardens the laminate 15 into a predetermined shape by subjecting the laminate 15 to high temperature and high pressure treatment in the autoclave (FIG. 4(C)).

ここで本実施形態では、バッグフィルム１８を用いた真空引きは、第１プレート２と、第２プレート３との間でなされ、プレート２，３と、支持面５ａとの間ではなされない。言い換えると、第２プレート３の凸面３ａとベース台５の支持面５ａとの間は気密ではない。従って、第２プレート３の凸面３ａとベース台５の支持面５ａとの間には、オートクレーブ内の高温高圧気体が入り込む。 Here, in this embodiment, vacuuming using the bag film 18 is performed between the first plate 2 and the second plate 3, but not between the plates 2, 3 and the support surface 5a. In other words, the space between the convex surface 3a of the second plate 3 and the supporting surface 5a of the base 5 is not airtight. Therefore, between the convex surface 3a of the second plate 3 and the supporting surface 5a of the base 5, the high-temperature and high-pressure gas in the autoclave enters.

これにより図４（Ｃ）に示すように、積層体１５は、第１プレート２と第２プレート３との間に挟まれた状態で、その厚み方向両側から加圧される。積層体１５は、剛性が高い第１プレート２の凸面２ａに押し付けられることで、内面形状が正確な胴体スキンとなる。積層体１５は、硬化後の複合材特有の板厚のばらつきが生じる場合には、そのばらつきを剛性が低い第２プレート３側に発生させながら熱硬化される。 As a result, as shown in FIG. 4C, the laminate 15 is pressed from both sides in the thickness direction while being sandwiched between the first plate 2 and the second plate 3 . The laminated body 15 is pressed against the convex surface 2a of the first plate 2 having high rigidity, thereby forming a body skin with an accurate inner surface shape. When the thickness of the laminated body 15 varies peculiar to the composite material after curing, the thickness of the laminated body 15 is caused to occur on the side of the second plate 3 having a low rigidity, and the laminate 15 is thermally cured.

以上の第２ステップＳ２を行うことにより、積層体１５が成形且つ硬化されて構造物２０が得られる（図４（Ｄ））。構造物２０の製造に用いた第１プレート２、第２プレート３、及びベース台５は、繰り返し使用が可能である。なお構造物２０には、例えば、専用の支持部材により凹面２０ｂ側から支持された状態で、リベットを挿通させるための孔加工等のトリミングが施されてもよい。 By performing the above second step S2, the laminate 15 is molded and cured to obtain the structure 20 (FIG. 4(D)). The first plate 2, the second plate 3, and the base 5 used to manufacture the structure 20 can be used repeatedly. It should be noted that the structure 20 may be subjected to trimming such as drilling for inserting a rivet, while being supported from the side of the concave surface 20b by a dedicated support member, for example.

ここで図５は、従来のメス型工法による硬化ステップを説明するための図である。該硬化ステップを行う場合、オペレータは、一例として、予めメス型であるベース台１０５の支持面１０５ａに、複数の積層されたプリプレグを含むシート状の積層体１１５を重ねて配置する。また、積層体１１５の上面を複数のプレート（カールプレート）１０３により覆うように、積層体１１５にプレート１０３を重ねて配置する。 Here, FIG. 5 is a diagram for explaining the curing step by the conventional scalpel construction method. When performing the curing step, for example, the operator stacks a sheet-like laminate 115 including a plurality of laminated prepregs on the support surface 105a of the base 105, which is a female type in advance. In addition, the plate 103 is stacked on the layered body 115 so as to cover the upper surface of the layered body 115 with a plurality of plates (curl plates) 103 .

次にオペレータは、プレート１０３と、支持面１０５ａとの間の内部空間Ｖ２をバッグフィルム１１８により封止して真空引きする。その後、積層体１１５をオートクレーブ内にて高温高圧処理することにより、硬化ステップを行う。 Next, the operator seals the internal space V2 between the plate 103 and the support surface 105a with the bag film 118 and evacuates. A curing step is then performed by subjecting the laminate 115 to a high temperature and pressure treatment in an autoclave.

この硬化ステップでは、積層体１１５のプレート１０３側とは反対側の面（以下、凸面１１５ａと称する。）が、剛性の高いメス型のベース台１０５の支持面１０５ａに密着する。このため、凸面１１５ａが、支持面１０５ａにより高精度に成形される。 In this curing step, the surface of the laminate 115 opposite to the plate 103 side (hereinafter referred to as convex surface 115a) is in close contact with the support surface 105a of the highly rigid female-type base 105. FIG. Therefore, the convex surface 115a is formed with high precision by the support surface 105a.

しかしながら、積層体１１５のプレート１０３側の面（以下、凹面１１５ｂと称する。）が、ベース台１０５に比べて剛性の低いプレート１０３と接触する。また、この方法では、オートクレーブ内の高温高圧気体はベース台１０５の支持面１０５ａと積層体１１５の凸面１１５ａとの間に入り込めない。このため積層体１１５では、凹面１１５ｂの面側に硬化後の板厚のばらつきが出ることとなり、凸面１１５ａの精度よりも低下する。 However, the surface of the laminate 115 on the plate 103 side (hereinafter referred to as a concave surface 115 b ) contacts the plate 103 having a lower rigidity than the base 105 . Also, in this method, the high-temperature, high-pressure gas in the autoclave cannot enter between the supporting surface 105a of the base 105 and the convex surface 115a of the laminate 115. FIG. For this reason, in the laminated body 115, the plate thickness after curing is uneven on the surface side of the concave surface 115b, and the accuracy is lower than that of the convex surface 115a.

このように凹面１１５ｂの形状精度が低下することで、積層体１１５を硬化して得られる構造物を航空機胴体のスキンパネルとして用いる際には、該スキンパネルの内周面に部品を正確に取り付けるための膨大なシム調整が必要となり、作業負担が大幅に増大する。 Since the shape accuracy of the concave surface 115b is lowered in this way, when using the structure obtained by curing the laminate 115 as a skin panel for an aircraft fuselage, parts can be accurately attached to the inner peripheral surface of the skin panel. Therefore, a huge amount of shim adjustment is required, which greatly increases the work load.

これに対して本実施形態によれば、上記説明したように、第２ステップＳ２において、第２プレート３よりも剛性の高い第１プレート２の凸面２ａにより、高精度な凹面１５ｂを有するように積層体１５を硬化できる。また第２ステップＳ２では、積層ユニット１６を第２プレート３の積層体１５側からベース台５により支持することで、積層体１５を第１プレート２とベース台５とで挟み込みながら支持できる。よって、積層体１５の内面形状の精度を良好に出すことができ、積層体１５を安定して硬化できる。従って、凹面２０ｂが高精度に形成されたパネル状の構造物２０を製造できる。 On the other hand, according to the present embodiment, as described above, in the second step S2, the convex surface 2a of the first plate 2 having higher rigidity than that of the second plate 3 forms the highly accurate concave surface 15b. Laminate 15 can be cured. Further, in the second step S2, the laminate unit 16 is supported by the base stand 5 from the laminate 15 side of the second plate 3, so that the laminate 15 can be supported while sandwiched between the first plate 2 and the base stand 5. Therefore, the accuracy of the inner surface shape of the laminate 15 can be improved, and the laminate 15 can be stably cured. Therefore, it is possible to manufacture the panel-like structure 20 in which the concave surface 20b is formed with high precision.

これにより、例えば、構造物２０を航空機胴体のスキンパネルとして用いる場合、凹面２０ｂが該スキンパネルの内周面となるように構造物２０を製造することで、スキンパネルの内周面に部品を取り付ける際のシム調整が不要となる。従って、作業負担の増大を防いで、構造物２０をスキンパネルとして良好に用いることができる。 As a result, for example, when the structure 20 is used as a skin panel for an aircraft fuselage, the structure 20 is manufactured so that the concave surface 20b is the inner peripheral surface of the skin panel. No need to adjust shims during installation. Therefore, the structure 20 can be favorably used as a skin panel while preventing an increase in work load.

また例えば、第１プレート２及び第２プレート３の少なくとも一方を撓ませることで、第１プレート２及び第２プレート３の形状を調整できる。よって、一対の第１プレート２と第２プレート３とにより、複数種類の構造物２０を製造できる。 Further, for example, by bending at least one of the first plate 2 and the second plate 3, the shapes of the first plate 2 and the second plate 3 can be adjusted. Therefore, a plurality of types of structures 20 can be manufactured using a pair of the first plate 2 and the second plate 3 .

また積層体１５は、第１プレート２と第２プレート３とにより成形されながら硬化されるので、種類の異なる構造物２０を製造する毎に専用のベース台５やプレート２，３を個別に用意する必要がない。 In addition, since the laminate 15 is cured while being molded by the first plate 2 and the second plate 3, a dedicated base 5 and plates 2 and 3 are individually prepared each time a different type of structure 20 is manufactured. you don't have to.

また、重量の比較的軽いプレート２，３を用いて構造物２０を製造できるので、オペレータによるハンドリングを向上できる。従って、構造物２０を製造する際の生産コストの低減及び作業負担の軽減を図れる。 In addition, since the structure 20 can be manufactured using relatively light plates 2 and 3, handling by the operator can be improved. Therefore, it is possible to reduce the production cost and the work load when manufacturing the structure 20 .

またベース台５は、第１プレート２の凸面２ａを所定形状に保ちながら積層ユニット１６に対して第２プレート３側から接触して積層ユニット１６を支持する支持面５ａを有している。よって、ベース台５の支持面５ａで積層ユニット１６を良好に支持できるので、凹面２０ｂが高精度に形成された構造物２０を製造できる。 The base 5 also has a support surface 5a that supports the stacked unit 16 by contacting the stacked unit 16 from the second plate 3 side while maintaining the convex surface 2a of the first plate 2 in a predetermined shape. Therefore, since the laminated unit 16 can be well supported by the supporting surface 5a of the base 5, the structure 20 having the concave surface 20b formed with high precision can be manufactured.

また第２ステップＳ２では、積層ユニット１６をベース台５とは独立してバッグフィルム１８により気密に覆った後、積層ユニット１６をベース台５により支持した状態で、高温高圧気体を用いて、積層ユニット１６を加熱し且つ厚み方向両側から加圧しながら積層体１５を硬化させる。このため、生産コストの低減及び作業負担の軽減を図りつつ、バッグフィルム１８と高温高圧気体とを用いて、積層体１５を第１プレート２と第２プレート３とに密着させて、積層体１５を厚み方向両側から加圧して硬化させ、凹面２０ｂが高精度に形成された構造物２０を製造できる。 In the second step S2, after the lamination unit 16 is air-tightly covered with the bag film 18 independently of the base 5, the lamination unit 16 is supported by the base 5 and laminated using a high-temperature and high-pressure gas. The laminate 15 is cured while the unit 16 is heated and pressed from both sides in the thickness direction. For this reason, the laminate 15 is brought into close contact with the first plate 2 and the second plate 3 using the bag film 18 and the high-temperature and high-pressure gas while reducing the production cost and the work load. is pressed from both sides in the thickness direction to harden the structure 20 in which the concave surface 20b is formed with high precision.

また、第１プレート２の最大板厚寸法は、第２プレート３の最大板厚寸法よりも厚いので、第１プレート２の剛性を第２プレート３の剛性よりも高め易くすることができる。 Also, since the maximum plate thickness dimension of the first plate 2 is thicker than the maximum plate thickness dimension of the second plate 3 , the rigidity of the first plate 2 can be made easier than the rigidity of the second plate 3 .

また第１ステップＳ１は、第１サブステップＳＳ１、第２サブステップＳＳ２、及び第３サブステップＳＳ３とを有する。よって、第１サブステップＳＳ１において、第１プレート２の凸面２ａを支持部材４により所定形状に保った状態で、第２サブステップＳＳ２において、第１プレート２の上面に積層体１５を適切な形状で重ねて配置できる。また、第３サブステップＳＳ３において、第１プレート２を支持部材４により支持した状態で、支持部材４と共に第１プレート２と積層体１５とを上下反転させることで、第１プレート２と積層体１５との形状を保持しながら、第３サブステップから第２ステップへスムーズに移行できる。 The first step S1 also comprises a first sub-step SS1, a second sub-step SS2 and a third sub-step SS3. Therefore, in the first sub-step SS1, the convex surface 2a of the first plate 2 is maintained in a predetermined shape by the supporting member 4, and in the second sub-step SS2, the laminate 15 is formed on the upper surface of the first plate 2 in an appropriate shape. can be stacked with . In the third sub-step SS3, while the first plate 2 is supported by the supporting member 4, the first plate 2 and the laminated body 15 are turned upside down together with the supporting member 4, so that the first plate 2 and the laminated body While maintaining the shape of 15, it is possible to smoothly transition from the third sub-step to the second step.

またベース台５は、第１プレート２の凸面２ａを所定形状に保ちながら積層ユニット１６に対して第２プレート３側から接触して積層ユニット１６を支持する支持面５ａを有する。よって、第１プレート２の凸面２ａを所定形状に保ちながら積層ユニット１６を第２プレート３側からベース台５の支持面５ａにより支持することで、生産コストの低減及び作業負担の軽減を図りながら、凹面２０ｂが高精度に形成された構造物２０を製造できる。 The base 5 also has a support surface 5a that supports the stacked unit 16 by contacting the stacked unit 16 from the second plate 3 side while maintaining the convex surface 2a of the first plate 2 in a predetermined shape. Therefore, by supporting the laminated unit 16 from the second plate 3 side by the support surface 5a of the base 5 while maintaining the convex surface 2a of the first plate 2 in a predetermined shape, the production cost and the work load can be reduced. , the structure 20 in which the concave surface 20b is formed with high precision can be manufactured.

また製造用治具１は、支持部材４を備えているので、支持部材４により第１プレート２の凸面２ａを所定形状に保つことができる。このため、第１プレート２に重ねて配置された積層体１５を所定形状に保ちつつ、支持部材４により積層体１５を第１プレート２と共に第１プレート２の板厚方向に反転させて、積層体１５を第２プレート３に良好に重ねて配置できる。 Moreover, since the manufacturing jig 1 includes the support member 4, the support member 4 can maintain the convex surface 2a of the first plate 2 in a predetermined shape. For this reason, while maintaining the predetermined shape of the layered body 15 placed on the first plate 2, the layered body 15 is reversed in the thickness direction of the first plate 2 together with the first plate 2 by the support member 4, and the layered body 15 is stacked. The body 15 can be arranged with good overlap on the second plate 3 .

また本実施形態では、複数の構造物２０を組み合わせて航空機胴体を製造する。このため、航空機胴体をその周方向にワンピースで製造する場合等に比べて、航空機を製造するための製造設備や部品の搬送を容易化できる。また、オートクレーブ等の製造設備を小型化できるため、製造設備費を低減できる。従って、構造物２０を用いて航空機を効率よく製造できる。 Further, in this embodiment, a plurality of structures 20 are combined to manufacture an aircraft fuselage. Therefore, compared to the case where the aircraft fuselage is manufactured in one piece in the circumferential direction, transportation of manufacturing facilities and parts for manufacturing the aircraft can be facilitated. In addition, since manufacturing equipment such as an autoclave can be downsized, manufacturing equipment costs can be reduced. Therefore, an aircraft can be manufactured efficiently using the structure 20 .

なお上記実施形態では、第１プレート２と積層体１５とを上下反転させた後、積層体１５に第２プレート３を重ねて配置して積層ユニット１６をベース台５により支持する方法を示したが、第１プレート２、積層体１５、及び第２プレート３をセットして積層ユニット１６を構成した後、積層ユニット１６を上下反転させてベース台５により支持してもよい。 In the above-described embodiment, after the first plate 2 and the laminate 15 are turned upside down, the second plate 3 is placed on top of the laminate 15 to support the laminate unit 16 by the base 5. However, after setting the first plate 2 , the laminate 15 , and the second plate 3 to configure the laminate unit 16 , the laminate unit 16 may be turned upside down and supported by the base 5 .

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その構成及び方法を変更、追加、又は削除できる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and its configuration and method can be changed, added, or deleted without departing from the scope of the present invention.

本発明は、凹面を有するパネル状の複合材料構造物を製造する場合において、治具コストの低減及び作業負担の軽減を図ると共に、複合材料構造物の表面形状を高精度に成形できるため、複合材料構造物を利用した各分野に広く好適に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY In the case of manufacturing a panel-shaped composite material structure having a concave surface, the present invention can reduce the cost of jigs and work load, and can form the surface shape of the composite material structure with high precision. It can be widely and suitably used in various fields using material structures.

Ｓ１ 第１ステップ
Ｓ２ 第２ステップ
ＳＳ１ 第１サブステップ
ＳＳ２ 第２サブステップ
ＳＳ３ 第３サブステップ
１ 製造用治具
２ 第１プレート
２ａ 凸面
２ｂ 凹面
３ 第２プレート
４ 支持部材
５ ベース台
５ａ 支持面
１５ 積層体
１５ａ 凸面（積層体の上面）
１６ 積層ユニット
１８ バッグフィルム
２０ 複合材料構造物 S1 first step S2 second step SS1 first sub-step SS2 second sub-step SS3 third sub-step 1 manufacturing jig 2 first plate 2a convex surface 2b concave surface 3 second plate 4 supporting member 5 base 5a supporting surface 15 Laminate 15a convex surface (upper surface of laminate)
16 laminated unit 18 bag film 20 composite structure

Claims (5)

板厚方向に垂直な一方向から見て円弧状に湾曲する第１プレートの凸面上に、複数の積層されたプリプレグを含むシート状の積層体を重ねて配置し、前記積層体の前記第１プレート側とは反対側の面上に、前記一方向から見て円弧状に湾曲し且つ前記第１プレートよりも低剛性の第２プレートを前記第１プレートと凸面の向きを揃えながら重ねて配置することにより、前記第１プレート、前記積層体、及び前記第２プレートを含む積層構造を有する積層ユニットを形成する第１ステップと、
前記第１ステップ後、前記積層ユニットを前記第２プレート側からベース台により支持した状態で、前記積層体を所定形状に成形且つ硬化させる第２ステップと、を有する、複合材料構造物の製造方法。 A sheet-like laminate including a plurality of laminated prepregs is stacked on the convex surface of a first plate that curves in an arc when viewed from one direction perpendicular to the plate thickness direction, and the first plate of the laminate is arranged. A second plate, which is curved in an arc when viewed from the one direction and has lower rigidity than the first plate, is stacked on the surface opposite to the plate side while aligning the direction of the convex surface with that of the first plate. a first step of forming a laminate unit having a laminate structure including the first plate, the laminate, and the second plate, by
After the first step, a second step of molding and curing the laminate into a predetermined shape while the laminate unit is supported by a base from the second plate side. . 前記ベース台は、前記第１プレートの前記凸面を所定形状に保ちながら前記積層ユニットに対して前記第２プレート側から接触して前記積層ユニットを支持する支持面を有する、請求項１に記載の製造方法。 2. The base according to claim 1, wherein the base has a supporting surface that supports the stacked unit by contacting the stacked unit from the second plate side while maintaining the convex surface of the first plate in a predetermined shape. Production method. 前記第２ステップでは、前記積層ユニットを前記ベース台とは独立してバッグフィルムにより気密に覆った後、前記積層ユニットを前記ベース台により支持した状態で、高温高圧気体を用いて、前記積層ユニットを加熱し且つ厚み方向両側から加圧しながら前記積層体を硬化させる、請求項２に記載の製造方法。 In the second step, after the lamination unit is airtightly covered with a bag film independently of the base, a high-temperature and high-pressure gas is used to press the lamination unit while the lamination unit is supported by the base. 3. The manufacturing method according to claim 2, wherein the laminate is cured while heating and applying pressure from both sides in the thickness direction. 前記第１プレートの最大板厚寸法は、前記第２プレートの最大板厚寸法よりも厚い、請求項１～３のいずれか１項に記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the maximum thickness dimension of the first plate is thicker than the maximum thickness dimension of the second plate. 前記第１ステップは、
前記第１プレートを、上面が前記凸面且つ下面が凹面となるように配置すると共に、前記第１プレートの前記凸面を所定形状に保ちながら前記第１プレートを前記下面側から支持部材により支持する第１サブステップと、
前記第１サブステップ後、前記第１プレートの前記上面上に前記積層体を重ねて配置する第２サブステップと、
前記第２サブステップ後、前記第１プレートを前記支持部材により支持した状態で、前記支持部材と共に前記第１プレートと前記積層体とを上下反転させる第３サブステップと、を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の製造方法。 The first step is
The first plate is arranged so that the upper surface is the convex surface and the lower surface is the concave surface, and the first plate is supported by a supporting member from the lower surface side while the convex surface of the first plate is maintained in a predetermined shape. 1 substep;
After the first substep, a second substep of overlapping the laminate on the upper surface of the first plate;
2. After the second sub-step, a third sub-step of vertically inverting the first plate and the stack together with the supporting member while the first plate is supported by the supporting member. 5. The production method according to any one of 4.
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