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JP2019209520A - Method of manufacturing composite material structure and manufacturing fixture for composite material structure - Google Patents

Method of manufacturing composite material structure and manufacturing fixture for composite material structure Download PDF

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JP2019209520A JP2018105258A JP2018105258A JP2019209520A JP 2019209520 A JP2019209520 A JP 2019209520A JP 2018105258 A JP2018105258 A JP 2018105258A JP 2018105258 A JP2018105258 A JP 2018105258A JP 2019209520 A JP2019209520 A JP 2019209520A
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Abstract

To provide means to reduce a fixture cost, lessen workload, and enable molding a surface shape of a composite material fixture with high accuracy, in manufacturing a panel form composite material fixture having a concave surface.SOLUTION: A method of manufacturing a composite material structure of this invention, by disposing in an overlapping manner plural sheet-like laminate bodies each including a laminated prepreg on a convex surface of a first plate curved in an arc-shape viewed from one direction perpendicular to a sheet thickness direction; and disposing a second plate that is curved in an arc-shaped viewed from the one direction and has lower rigidity than the first plate on an opposite surface relative to a first plate side of the laminate bodies while matching directions of the first plate and the convex surface, includes: a first step of forming a laminate unit having a laminate structure including the first plate, the laminate bodies, and the second plate; and a second step, after the first step, of molding and curing the laminate bodies into a predetermined shape in a state in which the laminate unit is held from a second plate side by a base table.SELECTED DRAWING: Figure 1

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 composite material structure manufacturing method and a composite material structure manufacturing jig.

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 laminated body in which a plurality of prepregs are laminated on a convex outer surface of a mandrel (male type), and a molding die is placed on this laminated body. A method for producing a panel-like composite material structure having a concavely curved surface (hereinafter also referred to simply as a concave surface) when viewed from one direction by curing a laminate with a mandrel and a molding die (Hereinafter referred to as a mandrel 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, for example, Patent Document 2, a laminated body is placed on a concave inner surface of a female shape, and a thin plate is placed on the laminated body, with a female shape and a plate. A method of manufacturing a panel-shaped composite material structure having a concave surface (hereinafter, referred to as a female mold method) by curing a laminated body while forming is known. Examples of the composite material structure include an aircraft fuselage.

特許第5576650号公報Japanese Patent No. 5576650 特開2013−18286号公報JP2013-18286A

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 method has an advantage that the concave surface of the composite material structure can be formed with high accuracy by the mandrel. This is preferable in that when a 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, dedicated mandrels may be required for different types of composite material structures. For example, in a plurality of derivative machine bodies having different lengths, the rigidity required for each part is different, so that the mandrel shape is different because the thickness of the body skin is different while the outer diameter is constant for each model. Therefore, a dedicated mandrel is required for each model. For this reason, 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 type construction method can produce multiple types of composite material structures with the longest single female type when the outer diameter is constant between models even if it is a derivative machine such as an aircraft fuselage. In comparison, a mandrel having a dedicated shape is unnecessary, and there is an advantage that the jig cost can be reduced. However, since it is difficult to form the concave surface of the composite material structure (the fuselage inner surface in 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 prominent 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, and in the case of manufacturing a panel-like composite material structure having a concave surface, the jig cost is reduced and the work load is reduced, and the composite material structure is reduced. The object is to enable the surface shape to be molded 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 manufacturing method of a composite material structure according to an aspect of the present invention includes a sheet-like structure including a plurality of prepregs stacked on a convex surface of a first plate that is curved in an arc shape when viewed from one direction perpendicular to the plate thickness direction. The second laminated body is arranged on the surface opposite to the first plate side of the laminated body, is curved in an arc shape when viewed from the one direction, and has a lower rigidity than the first plate. A first step of forming a laminated unit having a laminated structure including the first plate, the laminated body, and the second plate by arranging the plates so as to overlap with the first plate while aligning the direction of the convex surface; After the first step, there is a second step of forming and curing the laminated body in a predetermined shape in a state where the laminated unit is supported by the base stand from the second plate side.

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 laminate can be cured so as to have a highly accurate concave surface by the convex surface of the first plate having higher rigidity than the second plate. Further, in the second step, the laminated unit can be supported by the base table from the laminated body side of the second plate, so that the laminated body can be supported while being sandwiched between the first plate and the base table. Therefore, the laminate can be stably cured while favorably preventing the thickness of the laminate from varying. 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。   For example, the shape of the first plate and the second plate can be adjusted by bending at least one of the first plate and the second plate. Therefore, a plurality of types of composite material structures can be manufactured by the pair of first plate and 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 formed by the first plate and the second plate, it is not necessary to separately prepare a dedicated base stand or plate every time different types of composite material structures are manufactured. Moreover, since the composite material structure can be manufactured using the first plate and the second plate that are relatively light in weight, handling by the operator can be improved. Therefore, it is possible to reduce the jig cost and the work burden when manufacturing the 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. Thereby, since a lamination | stacking unit can be favorably supported by the support surface of a base stand, the composite material structure in which the concave surface was formed with high precision 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, the laminated unit is covered with a bag film in an airtight manner independently of the base table, and then the laminated unit is supported by the base table using a high-temperature and high-pressure gas. The laminate may be cured while heating and pressing 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 using the bag film and the high-temperature high-pressure gas while reducing the jig cost and the work load. A composite material structure in which concave surfaces are formed with high accuracy can be manufactured by applying pressure from both sides in the thickness direction and curing.

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。   The maximum plate thickness of the first plate may be thicker than the maximum plate thickness of the second plate. Thereby, the rigidity of the first plate can be made higher 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 disposed so that the upper surface is the convex surface and the lower surface is a 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 sub-step supported by a support member; a second sub-step in which the stacked body is disposed on the upper surface of the first plate after the first sub-step; and a second sub-step after the second sub-step. In a state where one plate is supported by the support member, a third sub-step for vertically inverting the first plate and the laminated body together with the support member may be included.

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 support member, and in the second sub-step, the stacked body is overlaid on the upper surface of the first plate in an appropriate shape. Can be placed. Further, in the third sub-step, with the first plate supported by the support member, the first plate and the laminated body are turned upside down together with the support member, thereby maintaining the shape of the first plate and the laminated body. The third sub-step can be smoothly shifted to the second step.

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 an aspect of the present invention is a jig for manufacturing a composite material structure for forming and curing a sheet-like laminate including a plurality of laminated prepregs in a predetermined shape, and in the thickness direction A first plate that is curved in an arc shape when viewed from one direction perpendicular to the surface and is disposed so that the laminate is stacked on a convex surface, and has a lower rigidity than the first plate, and an arc shape when viewed from the one direction. A second plate that is curved and overlapped on the surface of the laminate opposite to the first plate while aligning the first plate and the convex surface, the first plate, and the laminate And a base table 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 said structure, a laminated body can be hardened so that it may have a highly accurate concave surface using the convex surface of a 1st plate whose rigidity is higher than a 2nd plate. In addition, by supporting the laminated unit from the laminated body side of the second plate by the base stand, the laminated body can be supported while being sandwiched between the first plate and the base stand, thus preventing the thickness of the laminated body from varying. The laminate can be cured. Therefore, a composite material structure in which the concave surface is formed with high accuracy can be manufactured.

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。   For example, the shape of the first plate and the second plate can be adjusted by bending at least one of the first plate and the second plate. Therefore, a plurality of types of composite material structures can be manufactured by the pair of first plate and second plate. Further, since the laminate can be formed by the first plate and the second plate, it is not necessary to prepare a dedicated base stand or plate every time different types of composite material structures are manufactured. Moreover, since the composite material structure can be manufactured using the first plate and the second plate that are relatively light in weight, handling by the operator can be improved. Therefore, it is possible to reduce the jig cost and the work burden when manufacturing the 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 keeping 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。   As described above, the laminated unit is supported by the support surface of the base base from the second plate side while keeping the convex surface of the first plate in a predetermined shape, thereby reducing the jig cost and the work load while reducing the concave surface. A composite material structure formed with high precision 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 side while keeping the convex surface of the first plate in a predetermined shape, and the first plate is disposed so as to be able to be reversed in the thickness direction while supporting the first plate. A support member may be further 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, since the convex surface of the first plate can be maintained in a predetermined shape by the support member, the first stack is held by the support member while maintaining the stack disposed on the first plate in a predetermined shape. The laminated body can be arranged so as to be satisfactorily overlapped with the second plate by being inverted together with the plate in the thickness direction of the first plate.

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, the jig cost can be reduced and the work load can be reduced, and the surface shape of the composite material structure can be formed 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。It is a fragmentary figure of the aircraft fuselage comprised by the composite material structure concerning an embodiment. 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。It is a perspective view of the jig for manufacture used when manufacturing the composite material structure of FIG. 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。It is a flowchart of the manufacturing method of the composite material structure which concerns on embodiment. (A)〜(D)は、図3の各ステップを説明するための図である。(A)-(D) are the figures for demonstrating each step of 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 female type | mold 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 material structure]
FIG. 1 is a partial view of an aircraft fuselage constituted by a composite material structure 20 (hereinafter referred to as a structure 20) according to an embodiment. The structure 20 has a panel shape, and as an example, is a skin panel constituting an aircraft fuselage. The structure 20 is a curved plate that is curved in an arc shape and extends in the same direction when viewed from the longitudinal direction (one direction to be 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。   As will be described later, the structure 20 is manufactured from a composite material obtained by curing a sheet-like laminate 15 including a plurality of laminated prepregs. The prepreg includes a fiber sheet and a resin impregnated in the fiber sheet. The structure 20 has an FPR structure. This FRP structure is made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) in this embodiment, but may be made of other fiber reinforced plastic.

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, as an example, the 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 from the longitudinal direction of the aircraft fuselage, serves as the inner peripheral surface of the fuselage. A plurality of stringers (hat-type stringers) 20c (see FIG. 4D) extending in the same direction are formed on the concave surface 20b so as to be separated from each other in the circumferential direction of the body. The convex surface 20a, which is a convex surface as 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。   An aircraft fuselage is required to have a plurality of components (structural components such as a frame and a floor beam constituting the fuselage structure) accurately attached to predetermined positions on the inner peripheral surface. 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) facing downward. In addition, for convenience of explanation, the stacked body 15 disposed between the first plate 2 and the second plate 3 is indicated by a virtual line (two-dot chain 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 a structure 20 by molding and curing a sheet-like laminate 15 (manufacturing intermediate of the structure 20) including a plurality of stacked prepregs into a predetermined shape. is there.

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 base 5. The first plate 2 and the second plate 3 are arranged so as to sandwich the laminate 15 in the thickness direction. Thereby, when the structure 20 is manufactured, the laminated unit 16 having a laminated structure including the first plate 2, the laminated body 15, and the second plate 3 is formed. The laminated unit 16 is plate-like as a whole, and is subjected to high-temperature and high-pressure (autoclave) processing in the autoclave while being supported by the base 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 are curved in an arc shape and extend in one direction when viewed from one (X) direction perpendicular to the plate thickness direction (hereinafter simply referred to as one direction). is there. A concave portion 2c is formed on the convex surface 2a, which is a convex surface when viewed from one direction of the first plate 2. The recess 2c is formed so as to be recessed in the thickness direction of the first plate 2 and extending in one direction. The recessed portion 2 c is used as a mold portion for forming the stringer 20 c of the structure 20.

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 1st plate 2 and the 2nd plate 3 of this embodiment consist of the same material. As an example, the first plate 2 and the second plate 3 have an FRP structure. This FRP structure is made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) in this embodiment, but may be made of other fiber reinforced plastic. When the structure 20 is a part of an aircraft fuselage, the first plate 2 and the second plate 3 are ideally materials 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 burden on the operator when handling the first plate 2 and the second plate 3 is reduced, and conveyance for transportation is performed. Cars and peripherals are relatively inexpensive. Further, by configuring the first plate 2 and the second plate 3 with the same material, the physical properties of the first plate 2 and the second plate 3 are made uniform, and the physical properties of both surfaces of the structure 20 are easily made uniform. Can do. 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 is less rigid 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 on the surface opposite to the first plate 2 side of the laminate 15 (here as an example) X, Y, and Z directions are aligned and aligned.

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 suppressed from being bent or distorted more than the second plate 3. Therefore, in the laminated body 15, when the resin viscosity of a prepreg falls during autoclave hardening, it follows the surface (concave surface 15b) on the 1st plate 2 side where rigidity is higher than the surface (convex surface 15a) on the 2nd plate 3 side. The shape is determined and molded with high accuracy.

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 a property of bending slightly when an external force of a certain level or more is applied in the thickness direction. A plurality of types of structures 20 having different shapes can be manufactured by bending the plates 2 and 3 into a desired shape. Therefore, when manufacturing a plurality of types of structures 20, the number of replacements of the plates 2 and 3 in accordance with the types of the structures 20 can be reduced, so that the jig cost of the structure 20 can be reduced, and It is possible to reduce the work burden on the operator for 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 is disposed so as to support the first plate 2 from the concave surface 2b side while keeping the convex surface 2a in a predetermined shape and to be able to reverse the first plate 2 in the 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, and the suspension direction of the support member 4 is reversed, so that the first The plate 2 is inverted 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 includes a frame member 6 and a plurality of holding members 7 fixed to the frame member 6. The frame member 6 has a main body portion 6a and a plurality of arm portions 6b. The main body 6a is composed of a combination of a plurality of long members. Suspended portions 6 c for suspending the support member 4 with wires W are provided at a plurality of positions of the main body 6 a.

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 main body portion 6a. The tip of the arm portion 6b is in contact with the concave surface 2b of the first plate 2. Thereby, the 1st plate 2 is supported from the concave surface 2b side by the some arm part 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 the longitudinal direction. The connection angle θ between the adjacent connecting members 6d when viewed from the side of the arm 6b and the maximum length 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 the present embodiment, when viewed from a specific direction (X direction in FIG. 2), the arm portion 6b is disposed at a position corresponding to the center position of the main body portion 6a and both sides thereof, and positions corresponding to the both sides of the main body portion 6a. The connecting members 6d adjacent to each other in the arm portions 6b are connected so that the tips of the arm portions 6b bend toward the outside of 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 matches one direction. By adjusting at least one of the connection angle θ and the maximum length of the arm portion 6b, the support member 4 supports the first plate 2 by the plurality of arm portions 6b while keeping 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。   In the present embodiment, the connecting member 6d has a bolt hole. The adjacent connecting members 6d in each arm portion 6b are connected by screwing the bolts B into the respective bolt holes. The plurality of connecting members 6d in the arm portion 6b are connected by screwing the bolt holes and the bolts 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 a vacuum chuck as an example. The holding member 7 includes a cylinder, an actuator having an operating shaft that can be moved out and withdrawn 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 adsorbing the suction cup 7a to the concave surface 2b of the first plate 2 in a state where the operating shaft is set to a predetermined protruding 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. The 1 plate 2 can be held by the holding member 7 while keeping the convex surface 2a in a predetermined shape. The holding member 7 is not limited to a vacuum chuck, and any member that can hold the first plate 2 may be used.

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 laminated unit 16 from the second plate 3 side. The base 5 supports the laminated 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 keeping 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 table 5 has, for example, a rectangular parallelepiped shape in which the X direction is the width direction, the Y direction is the length direction, and the Z direction is the height direction. When viewed from a direction perpendicular to one side surface (here, the X direction), the upper surface of the base base 5 is curved in an arc shape that protrudes downward. The upper surface of the base 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 smoothly as an example, for example, minute unevenness may be formed. The base 5 and the plates 2 and 3 are combined so that the perpendicular direction matches one direction.

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。   On the side surface of the base table 5, a plurality of hanging portions 5 b are provided for suspending the base table 5 when the base table 5 is disposed in the autoclave. The base 5 is made of aluminum as an example. In the present embodiment, the laminated body 15 is mainly formed by the first plate 2 and the second plate 3 and does not come into contact with the base table 5, so the support surface 5 a of the base table 5 is not formed with high accuracy. May be. For this reason, a relatively inexpensive material having appropriate rigidity can be used as the material for the base 5. Moreover, the production cost of the base stand 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。   The base 5 may have a structure including, for example, a plate material having a support surface 5a and a support frame that supports the plate material from a surface opposite to the support surface 5a. Further, the shapes and sizes 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 plates 2 and 3 and the base table 5 are set such that the X-direction dimension is smaller than the Y-direction dimension. For example, the X-direction dimension is set to a larger value than the Y-direction dimension. May be.

[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。
[Production method of composite material structure]
FIG. 3 is a flowchart of the method for manufacturing the structure 20 according to the embodiment. 4A to 4D are diagrams for explaining each step in FIG. 3. 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 laminated body 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 laminated body 15 opposite to the first plate 2 side. The stacked unit 16 is formed by overlapping the plate 2 and the convex surfaces 2a and 3a while aligning the directions. The first step S1 includes 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 molded and cured into a predetermined shape while the laminated unit 16 is supported by the base 5 from the second plate 3 side. Hereinafter, each step S1 and S2 will be described 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 arranges the first plate 2 so that the upper surface is a convex surface 2a and the lower surface is a concave surface 2b, and the first plate 2 is supported from the lower surface side while keeping the convex surface 2a of the first plate 2 in a predetermined shape. 4 (first sub-step SS1 in FIG. 3). Further, after the first sub-step SS1, the operator arranges the stacked body 15 on 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 distal end side of the arm portion 6b faces upward. The connection angle θ between the adjacent connection members 6 d in the arm portion 6 b is set according to the shape of the structure 20. After the setting, the operator causes the arm portion 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. 4A). Further, the operator arranges the stacked body 15 so as to overlap the convex surface 2 a of the first plate 2. The operator configures 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, the filler 13, and the 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 arranges the stringer ply 12 at a position corresponding to the depression 2 c of the first plate 2 and arranges the filler 13 between the adjacent stringer plies 12. In addition, a long jig (bladder) 17 for forming the stringer 20c is overlapped with the stringer ply 12 at a position corresponding to the recess 2c of the stringer ply 12. Then, the skin ply 14 is stacked on the stringer ply 12, the filler 13, and the jig 17 (FIG. 4A). Each time these members are placed on the first plate 2, they are covered with a bag film and vacuum sucked to compact and adhere to each other, whereby the second sub-step SS <b> 2 is performed.

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 flips the first plate 2 and the laminated body 15 together with the support member 4 with the first plate 2 supported by the support member 4 (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 suspended 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 laminated body 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)。   The operator places the second plate 3 on the support surface 5 a of the base 5. After the third sub-step SS3, the operator arranges the first plate 2 and the stacked body 15 so as to overlap 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 is on the upper side. The operator also adjusts the relative position in the horizontal direction of the support member 4 and the base 5 so that the first plate 2, the stacked body 15, and the second plate 3 are stacked at appropriate positions. After this adjustment, the operator moves the support member 4 downward and arranges the first plate 2 and the stacked body 15 so as to overlap the second plate 3 on the base table 5. Thereby, the fourth sub-step SS4 is performed. Thus, the first step S1 is completed.

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 the second step S2, after the first step S1, the operator forms and cures the laminated body 15 into a predetermined shape with the laminated unit 16 supported by the base 5 from the second plate 3 side.

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 S <b> 2 of the present embodiment, the operator covers the laminated unit 16 airtightly with the bag film 18 independently of the base table 5, and then supports the laminated unit 16 with the base table 5. The laminate 15 is cured while heating 16 and pressing from both sides in the thickness direction.

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 vacuums (bags) the internal space V1. Further, the support member 4 is removed from the first plate 2 and the stacked 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 suspended portion 5 b of the base table 5, lifts the base table 5 with the wire W, and places the laminated unit 16 in the autoclave together with the base table 5. Thereafter, the operator forms and cures the laminate 15 into a predetermined shape by subjecting the laminate 15 to high-temperature and high-pressure treatment in the autoclave (FIG. 4C).

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, and not between the plates 2 and 3 and the support surface 5 a. In other words, the space between the convex surface 3a of the second plate 3 and the support surface 5a of the base 5 is not airtight. Accordingly, the high-temperature and high-pressure gas in the autoclave enters between the convex surface 3 a of the second plate 3 and the support surface 5 a of the base 5.

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 stacked body 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. In the case where a variation in the plate thickness peculiar to the composite material after curing occurs, the laminate 15 is thermally cured while the variation is generated on the second plate 3 side having low rigidity.

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. 4D). The first plate 2, the second plate 3, and the base table 5 used for manufacturing the structure 20 can be used repeatedly. The structure 20 may be subjected to trimming such as drilling for inserting a rivet while being supported from the concave surface 20b side by a dedicated support member.

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 a curing step by a conventional female mold method. When performing the curing step, as an example, the operator arranges a sheet-like laminate 115 including a plurality of laminated prepregs on a support surface 105a of a base base 105 that is a female type in advance. Further, the plate 103 is placed on the stacked body 115 so that the upper surface of the stacked body 115 is covered 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 vacuums it. Thereafter, the laminate 115 is subjected to a high-temperature and high-pressure treatment in an autoclave to perform a curing step.

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 (hereinafter referred to as a convex surface 115a) is in close contact with the support surface 105a of the female base base 105 having high rigidity. For this reason, the convex surface 115a is shape | molded 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) is in contact with the plate 103 having a lower rigidity than the base table 105. In this method, the high-temperature and high-pressure gas in the autoclave cannot enter between the support surface 105 a of the base table 105 and the convex surface 115 a of the laminate 115. For this reason, in the laminated body 115, the board | plate thickness dispersion | variation after hardening comes out on the surface side of the concave surface 115b, and falls rather than the precision 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。   Thus, when the structure obtained by hardening the laminated body 115 is used as a skin panel of an aircraft fuselage because the shape accuracy of the concave surface 115b is lowered, components are accurately attached to the inner peripheral surface of the skin panel. Enormous shim adjustment is required, and the work load is greatly increased.

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 the second plate 3 is provided with the highly accurate concave surface 15b. The laminate 15 can be cured. In the second step S <b> 2, the laminated unit 16 can be supported by being sandwiched between the first plate 2 and the base 5 by supporting the laminated unit 16 from the laminated body 15 side of the second plate 3 by the base 5. Therefore, the accuracy of the inner surface shape of the laminate 15 can be improved, and the laminate 15 can be cured stably. Therefore, the panel-like structure 20 in which the concave surface 20b is formed with high accuracy can be manufactured.

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。   Thereby, for example, when the structure 20 is used as a skin panel of an aircraft fuselage, the structure 20 is manufactured so that the concave surface 20b becomes the inner peripheral surface of the skin panel, so that a component is placed on the inner peripheral surface of the skin panel. Shim adjustment at the time of installation becomes unnecessary. Therefore, an increase in work load can be prevented, and the structure 20 can be favorably used as a skin panel.

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, the shape of the first plate 2 and the second plate 3 can be adjusted by bending at least one of the first plate 2 and the second plate 3. Therefore, a plurality of types of structures 20 can be manufactured by the pair of first plate 2 and 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。   Further, 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 separately prepared every time different types of structures 20 are manufactured. There is no need to do.

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。   Moreover, since the structure 20 can be manufactured using the relatively light plates 2 and 3, handling by an operator can be improved. Therefore, it is possible to reduce the production cost and 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 has a support surface 5a that supports the laminated unit 16 by contacting the laminated unit 16 from the second plate 3 side while keeping the convex surface 2a of the first plate 2 in a predetermined shape. Therefore, since the lamination | stacking unit 16 can be favorably supported by the support surface 5a of the base stand 5, the structure 20 in which the concave surface 20b was 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, the laminated unit 16 is airtightly covered with the bag film 18 independently of the base table 5, and then the laminated unit 16 is supported by the base table 5 using a high-temperature and high-pressure gas. The laminate 15 is cured while heating the unit 16 and applying pressure from both sides in the thickness direction. Therefore, 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. The structure 20 in which the concave surface 20b is formed with high accuracy can be manufactured by applying pressure from both sides in the thickness direction and curing.

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。   Further, 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 higher 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 includes a first sub-step SS1, a second sub-step SS2, and a third sub-step SS3. Therefore, in the first sub-step SS1, the laminated body 15 is appropriately formed on the upper surface of the first plate 2 in the second sub-step SS2 while the convex surface 2a of the first plate 2 is kept in a predetermined shape by the support member 4. Can be placed in layers. Further, in the third sub-step SS3, the first plate 2 and the laminated body are turned upside down with the supporting member 4 while the first plate 2 is supported by the supporting member 4. 15 can be smoothly transferred from the third sub-step to the second step while maintaining the shape of 15.

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 has a support surface 5a that supports the laminated unit 16 by contacting the laminated unit 16 from the second plate 3 side while keeping the convex surface 2a of the first plate 2 in a predetermined shape. Therefore, while maintaining the convex surface 2a of the first plate 2 in a predetermined shape, the laminated unit 16 is supported by the support surface 5a of the base 5 from the second plate 3 side, thereby reducing the production cost and the work load. The structure 20 in which the concave surface 20b is formed with high accuracy 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 convex surface 2 a of the first plate 2 can be maintained in a predetermined shape by the support member 4. For this reason, the laminated body 15 placed on the first plate 2 is kept in a predetermined shape, and the laminated body 15 is reversed together with the first plate 2 in the thickness direction of the first plate 2 by the supporting member 4 to laminate the laminated body 15. The body 15 can be placed on the second plate 3 in a favorable manner.

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。   In the present embodiment, an aircraft fuselage is manufactured by combining a plurality of structures 20. For this reason, compared with the case where an aircraft fuselage is manufactured in one piece in the circumferential direction, manufacturing equipment and parts for manufacturing an aircraft can be easily conveyed. Moreover, since manufacturing equipment such as an autoclave can be reduced in size, manufacturing equipment costs can be reduced. Therefore, an aircraft can be efficiently manufactured 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 embodiment, the first plate 2 and the laminated body 15 are turned upside down, and then the second plate 3 is placed on the laminated body 15 so that the laminated unit 16 is supported by the base 5. However, after the first plate 2, the laminated body 15, and the second plate 3 are set to form the laminated unit 16, the laminated 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 embodiment, and the configuration and method thereof can be changed, added, or deleted without departing from the spirit 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。   In the case of manufacturing a panel-shaped composite material structure having a concave surface, the present invention can reduce the jig cost and work load, and can form the surface shape of the composite material structure with high accuracy. It can be used widely and suitably in each field using a material structure.

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 1st step S2 2nd step SS1 1st substep SS2 2nd substep SS3 3rd substep 1 Manufacturing jig 2 1st plate 2a Convex surface 2b Concave surface 3 2nd plate 4 Support member 5 Base stand 5a Support surface 15 Laminate 15a Convex surface (upper surface of laminate)
16 Laminated unit 18 Bag film 20 Composite material structure

Claims (8)

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 arranged on the convex surface of the first plate that is curved in an arc shape when viewed from one direction perpendicular to the plate thickness direction, and the first of the laminate is provided. A second plate that is curved in an arc shape when viewed from one direction and has a lower rigidity than the first plate is placed on the surface opposite to the plate side, with the first plate and the convex surface being aligned. A first step of forming a stacked unit having a stacked structure including the first plate, the stacked body, and the second plate;
After the first step, a second step of forming and curing the laminated body into a predetermined shape with the laminated unit supported by the base from the second plate side, and a method for producing 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する、請求項1に記載の製造方法。   The said base stand has a support surface which contacts the said lamination | stacking unit from the said 2nd plate side, and supports the said lamination | stacking unit, keeping the said convex surface of the said 1st 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, the laminated unit is covered with a bag film in an airtight manner independently of the base table, and then the laminated unit is supported by the base table using a high-temperature and high-pressure gas. The manufacturing method according to claim 2, wherein the laminate is cured while heating and pressing 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 claim 1, wherein a maximum plate thickness dimension of the first plate is thicker than a maximum plate 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 includes
The first plate is arranged such that the upper surface is convex and the lower surface is concave, and the first plate is supported by a support member from the lower surface side while keeping the convex surface of the first plate in a predetermined shape. 1 substep,
After the first sub-step, a second sub-step in which the stacked body is disposed on the upper surface of the first plate; and
And a third sub-step for vertically inverting the first plate and the laminated body together with the support member in a state where the first plate is supported by the support member after the second sub-step. The manufacturing method of any one of -4.
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、製造用治具。
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,
A first plate that is curved in an arc shape when viewed from one direction perpendicular to the plate thickness direction, and the laminate is disposed on the convex surface;
It is less rigid than the first plate, is curved in an arc shape when viewed from the one direction, and the first plate and the convex surface are aligned on the opposite side of the laminate from the first plate side. A second plate that is placed in a stack,
A manufacturing jig comprising: a base table that supports a laminated unit having a laminated structure including the first plate, the laminated body, and the second plate 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6に記載の製造用治具。   The said base stand has a support surface which contacts the said lamination unit from the said 2nd plate side with respect to the said lamination | stacking unit, and supports the said lamination | stacking unit, keeping the said convex surface of the said 1st plate in a predetermined shape. Manufacturing jig. 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る、請求項6又は7に記載の製造用治具。   The first plate is supported from the concave side while keeping the convex surface of the first plate in a predetermined shape, and the first plate is disposed so as to be able to be reversed in the thickness direction while supporting the first plate. The manufacturing jig according to claim 6, further comprising a support member.
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