CN110678323A - 复合材料的构造体 - Google Patents

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Abstract

复合材料的构造体具有通过多个片层的端面彼此错开地层叠而形成的台阶部，复合材料的构造体具备本体部和第一覆盖片层，本体部包含第一片层层叠在最上层的第一构造部、与第一片层不同的第二片层即与第一片层在层叠方向上分开的第二片层层叠在最上层的第二构造部、以及在第一构造部与第二构造部之间设置的台阶部，第一覆盖片层包含覆盖台阶部的覆盖部、由覆盖部的一端部沿着与层叠方向正交的方向延伸的一端部、以及由覆盖部的另一端部沿着与层叠方向正交的方向延伸的另一端部，并且以仅覆盖第一片层的表面的一部分或第二片层的表面的一部分的方式形成。

Description

复合材料的构造体
技术领域
本公开涉及具有通过使多个片层的端面彼此错开地层叠而形成的台阶部的复合材料的构造体。
背景技术
复合材料通过对不同性质的材料进行组合而能够得到单一材料不能得到的大的比强度，因此例如广泛用于飞行器的构造材料等。在专利文献1中，公开了在飞行器的一对主翼和将主翼彼此连接的中央部分层叠复合材料的层、通过层叠该复合材料的层而形成厚壁部以及使该肉厚部逐渐生成。
并且，在专利文献2中公开了具有所谓的抄制型台阶部的复合材料的构造体。即，在专利文献2的图1中公开了在以覆盖表皮整体的方式层叠的多个主片层之间抄入比主片层小的多个副片层而形成台阶部的复合材料的构造体。在主片层之间配置的多个副片层的端面彼此错开，由此形成台阶部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特许第5184523号公报
专利文献2：(日本)特许第6089036号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
一般来说，如专利文献1所示，复合材料的层(片层)层叠而板厚发生增减，由此产生的台阶部以坡度的倾斜角度变小，即，板厚的增减变缓的方式设计。其原因在于，如果台阶部的坡度的倾斜角度大，则应力集中在该台阶部，因此在层间方向的强度低的复合材料中，可能会产生层间剥离。
然而，如果为了防止层间剥离而减小台阶部的坡度的倾斜角度，则台阶部中的复合材料的各层的外形尺寸增大，进而重量增大，存在不能活用复合材料的比强度而实现轻量化的问题。这样的问题在各片层的端面彼此错开地层叠而形成台阶部的、具有所谓的堆叠型台阶部的复合材料的构造体中尤为显著。
鉴于上述情况，本发明的至少一实施方式的目的在于，提供一种在具有所谓的堆叠型台阶部的复合材料的构造体中，即使在该台阶部的坡度的倾斜角度大的情况下也能够防止层间剥离的发生并且实现轻量化的复合材料的构造体。
用于解决技术问题的技术方案
(1)本发明至少一实施方式的复合材料的构造体具有通过多个片层的端面彼此错开地层叠而形成的台阶部，该复合材料的构造体的特征在于，
具备本体部和第一覆盖片层，
所述本体部包含：所述多个片层中的第一片层层叠在最上层的第一构造部；所述多个片层中与所述第一片层不同的第二片层、即与所述第一片层在所述多个片层所层叠的方向即层叠方向上分开的第二片层层叠在最上层的第二构造部；以及，在所述第一构造部与所述第二构造部之间设置的所述台阶部；
所述第一覆盖片层包含：覆盖所述台阶部的覆盖部；由所述覆盖部的一端部沿着与所述层叠方向正交的方向延伸的一端部；以及，由所述覆盖部的另一端部沿着与所述层叠方向正交的方向延伸的另一端部；该第一覆盖片层以仅覆盖所述第一片层的表面的一部分或所述第二片层的表面的一部分的方式形成。
根据上述(1)的结构，第一覆盖片层包含覆盖本体部的台阶部的覆盖部、由覆盖部的一端部沿着与层叠方向正交的方向延伸的一端部以及由覆盖部的另一端部沿着与层叠方向正交的方向延伸的另一端部，在通过具备该第一覆盖片层而具有所谓的堆叠型台阶部的复合材料的构造体中，能够使台阶部的层间强度提高。通过使台阶部的层间强度提高，即使在台阶部的坡度的倾斜角度大的情况下也能够防止层间剥离的发生。而且，在台阶部的坡度的倾斜角度大的情况下，与倾斜角度小的情况相比，能够削减在台阶部产生的多余的壁厚，因此能够实现复合材料的构造体的轻量化。并且，第一覆盖片层以仅覆盖第一片层的表面的一部分或第二片层的表面的一部分的方式形成，由此能够避免在第一覆盖片层产生多余的部分，因此能够实现复合材料的构造体的轻量化。这样的第一覆盖片层在上述具有所谓的抄制型台阶部的复合材料的构造体中不具备的。并且，原本堆叠型台阶部的多个片层的端面彼此错开地层叠，因此台阶部自身具有规定的层间强度。
(2)在一些实施方式中，在上述(1)的构成的基础上，
所述复合材料的构造体进一步具备在所述层叠方向上配置在所述第一片层与所述第一覆盖片层之间的第二覆盖片层，
所述第二覆盖片层包含：覆盖所述台阶部的覆盖部；由所述覆盖部的一端部沿着与所述层叠方向正交的方向延伸的一端部；以及，由所述覆盖部的另一端部沿着与所述层叠方向正交的方向延伸的另一端部，该另一端部插入在所述层叠方向上的所述第一片层与所述第二片层之间配置的所述多个片层中的两个片层之间。
根据上述(2)的构成，能够将作用于第一覆盖片层的荷载的一部分分散到第二覆盖片层，能够减轻第一覆盖片层的负担。因此，能够防止第一覆盖片层的损坏，并且使台阶部的层间强度提高。
(3)在一些实施方式中，在上述(1)或(2)的构成的基础上，
所述第一覆盖片层构成为包含具有取向方向的强化纤维，
从所述层叠方向的上方看，所述第一覆盖片层的所述取向方向相对于与通过所述第一构造部和所述第二构造部的距离成为最短的位置的基准线正交的方向交叉。
根据上述(3)的构成，第一覆盖片层构成为包含具有取向方向的强化纤维，因此相对于沿着取向方向的荷载，强化纤维能够发挥出高的强度，但相对于沿着与取向方向垂直的方向的荷载，强化纤维不能发挥出高的强度。通过使第一覆盖片层的取向方向相对于与基准线正交的直线交叉，第一覆盖片层所包含的强化纤维能够相对于施加于第一覆盖片层的荷载发挥出高的强度。因此，能够使台阶部的层间强度提高。
(4)在一些实施方式中，在上述(3)的构成的基础上，
在以从所述层叠方向的上方看所述第一覆盖片层的所述取向方向相对于所述基准线的角度为θ1时，θ1处于45±15°或－45±15°的范围内。
根据上述(4)的构成，通过使第一覆盖片层的取向方向相对于基准线(通过台阶部的坡度最大的位置的直线)的角度θ1处于45±15°或－45±15°的范围内，第一覆盖片层所包含的强化纤维能够相对于沿着基准线的荷载和沿着与基准线正交的直线的荷载这两者发挥出高的强度。因此，能够使台阶部的层间强度提高。
(5)在一些实施方式中，在上述(3)的构成的基础上，
在以从所述层叠方向的上方看所述第一覆盖片层的所述取向方向相对于所述基准线的角度为θ1时，θ1处于0±15°的范围内。
根据上述(5)的构成，通过使第一覆盖片层的取向方向相对于基准线(通过台阶部的坡度最大的位置的直线)的角度θ1处于0±15°的范围内，沿着基准线的荷载容易传递到第一覆盖片层，因此能够防止层间方向的应力集中在台阶部。因此，能够使台阶部的层间强度提高。
(6)在一些实施方式中，在上述(3)～(5)的构成的基础上，
所述复合材料的构造体进一步具备在所述层叠方向上，相对于所述第一覆盖片层配置在所述第一片层的相反侧的第三覆盖片层。
根据上述(6)的构成，复合材料的构造体进一步具备相对于第一覆盖片层配置在第一片层的相反侧的第三覆盖片层。因此，能够将作用于第一覆盖片层的荷载的一部分分散到第三覆盖片层，因此能够减轻第一覆盖片层的负担。因此，能够防止第一覆盖片层的损坏，并且使台阶部的层间强度提高。
(7)在一些实施方式中，在上述(6)的构成的基础上，
所述第三覆盖片层构成为包含具有取向方向的强化纤维，
在以从所述层叠方向的上方看所述第一覆盖片层的所述取向方向相对于所述基准线的角度为θ1、所述第三覆盖片层的所述取向方向相对于所述基准线的角度为θ3时，满足θ3＝－θ1的关系。
根据上述(7)的构成，第三覆盖片层构成为包含具有取向方向的强化纤维，因此强化纤维能够相对于沿着取向方向的荷载发挥出高的强度。并且，通过使第三覆盖片层的取向方向相对于基准线的角度θ3满足θ3＝－θ1的关系，能够减小第一覆盖片层和第三覆盖片层的异向性带来的影响，并且无论荷载的作用方向如何，第一覆盖片层和第三覆盖片层所包含的强化纤维都能够发挥高的强度。因此，能够使台阶部的层间强度提高。
(8)在一些实施方式中，在上述(1)～(7)的构成的基础上，
所述第一覆盖片层的所述覆盖部包含：
从沿着所述层叠方向的剖面看，与所述第一覆盖片层的所述一端部连续并且相对于所述一端部倾斜的第一覆盖部；
从沿着所述层叠方向的剖面看，与所述第一覆盖片层的所述另一端部连续并且相对于所述另一端部倾斜的第二覆盖部；
所述第一覆盖部相对于所述一端部的所述倾斜以比所述第二覆盖部相对于所述另一端部的所述倾斜更为平缓的方式形成。
根据上述(8)的构成，与第一覆盖片层的一端部连续的第一覆盖部比与另一端部连续的第二覆盖部应力集中的程度大，但通过使第一覆盖部相对于一端部的倾斜比第二覆盖部相对于的另一端部的倾斜平缓，能够防止第一覆盖片层的第一覆盖部处的损坏，并且使台阶部的层间强度提高。
(9)在一些实施方式中，在上述(1)～(8)的构成的基础上，
在所述台阶部中，如果以水平距离为H、以垂直距离为V，则所述水平距离与所述垂直距离的比即H/V处于1≤H/V＜30的范围内。
根据上述(9)的构成，即使台阶部的水平距离与垂直距离的比即H/V处于上述范围内的、坡度的倾斜角度大的情况下，也能够通过第一覆盖片层来防止层间剥离的发生。
(10)在一些实施方式中，上述(1)～(9)的构成的基础上，
从所述层叠方向的上方看，所述第一覆盖片层以覆盖所述台阶部的整个面的方式形成。
根据上述(10)的构成，从层叠方向的上方看，与第一覆盖片层仅覆盖台阶部的一部分的情况相比，能够使台阶部的层间强度提高。
(11)在一些实施方式中，在上述(1)～(9)的构成的基础上，
从所述层叠方向的上方看，所述第一覆盖片层以仅覆盖所述台阶部的一部分的方式形成。
根据上述(11)的构成，能够使台阶部中的层间强度提高，并且避免在第一覆盖片层产生多余的部分，因此能够实现复合材料的构造体的轻量化。
发明的效果
根据本发明的至少一实施方式，在具有所谓的堆叠型台阶部的复合材料的构造体中，能够提供一种即使在该台阶部的坡度的倾斜角度大的情况下也能够防止层间剥离的发生，并且能够实现轻量化的复合材料的构造体。
附图说明
图1是用于对本发明一实施方式的复合材料的构造体的构成进行说明的图，是沿着图2所示的A-A线的示意性剖面图。
图2是从本发明一实施方式的复合材料的构造体的层叠方向的上方看到的示意性俯视图。
图3是沿着图2所示的A-A线的示意性剖视图，是表示一实施方式的复合材料的构造体的构成的图。
图4是用于对一实施方式中的片层的取向方向进行说明的图，是表示θ＝0°的状态的图。
图5是用于对一实施方式中的片层的取向方向进行说明的图，是表示θ＝45°的状态的图。
图6是用于对一实施方式中的片层的取向方向进行说明的图，是表示θ＝－45°的状态的图。
图7是相当于沿着图2所示的A-A线的剖面图的示意性剖视图，是表示一实施方式的复合材料的构造体的构成的图。
图8是沿着图2所示的A-A线的示意性剖视图，是表示一实施方式的复合材料的构造体的构成的图。
图9是从本发明另一实施方式的复合材料的构造体的层叠方向的上方看到的示意性俯视图。
图10是从本发明另一实施方式的复合材料的构造体的层叠方向的上方看到的示意性俯视图。
图11是在复合材料的构造体的层间剥离评价试验中使用的试验片的一个例子的俯视图。
图12是沿着图11所示的B-B线的示意性剖视图，是表示试验片的构成的一个例子的图。
图13是表示从复合材料的构造体的层间剥离评价试验得到的各试验片的剥离进展开始荷载的图表。
具体实施方式
以下，参照所附附图对本发明的几个实施方式进行说明。其中，作为实施方式记载或附图所示的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等并非意在将本发明的范围限定于此，只不过是简单的说明例。
例如，“某一方向”“沿着某一方向”“平行”“正交”“中心”“同心”或“同轴”等表示相对或绝对配置的表现严格地说不仅表示这样的配置，也表示以公差或能够得到相同功能的程度的角度或距离相对位移的状态。
例如，“同一”“相等”以及“均质”等表示事物为同等状态的表现不仅表示严格相等的状态，也表示存在公差或能够得到相同功能的程度的差异的状态。
例如，四边形状或圆筒形状等表示形状的表现不仅表示几何学意义上严格的四边形状或圆筒形状等形状，也表示在能够得到相同效果的范围内包含凹凸部和倒角部等的形状。
另一方面，“具备”“具有”“包含”或“含有”一构成要素这样的表现并不是排除其他构成要素的存在的排他性表现。
图1是用于对本发明一实施方式的复合材料的构造体的构成进行说明的图，是沿着图2所示的A-A线的示意性剖视图。图2是从本发明一实施方式的复合材料的构造体的层叠方向的上方看到的示意性俯视图。在这里，在图1以及后述图3、7、8中在附图中的左侧标注有数字，该数字表示片层25、第一覆盖片层3、第二覆盖片层4以及第三覆盖片层5所包含的强化纤维相对于后述基准线LS(参照图4～6)的取向方向的角度(°)。
如图1所示，几个实施方式的复合材料的构造体1具有通过多个片层25的端面251彼此错开地层叠而形成的台阶部23。如图1所示，复合材料的构造体1具备本体部2和第一覆盖片层3。
如图1、2所示，本体部2包含在多个片层25中在层叠方向(图1中从下侧向上侧的方向、图2中从纸面背面侧向正面侧的方向)上彼此分开的两个片层25(第一片层26、第二片层27)之间设置的台阶部23。更详细地说，如图1所示，本体部2包含第一片层26层叠在多个片层25中的最上层的第一构造部21、与第一片层26不同的第二片层27层叠在多个片层25中的最上层的第二构造部22以及设置在第一构造部21与第二构造部22之间的台阶部23。在这里，第二片层27与第一片层26在层叠方向分开。换言之，第二片层27比第一片层26层叠在上层。需要说明的是，复合材料的构造体1仅通过本体部2就能够满足设计上所要求的面内强度。并且，多个片层25构成为包含沿着与层叠方向正交的方向具有取向方向的强化纤维，包含加入到以碳纤维等强化用纤维为母材的环氧树脂等热固性树脂(塑料)中而使强度提高的纤维强化塑料。
在图1所示的实施方式中，本体部2成为在层叠方向上配置在第一片层26与第二片层27之间的多个片层25和第二片层27均层叠在第一片层26上、沿着与层叠方向正交的方向延伸并且各个端面251彼此错开地层叠的、所谓的层叠型(堆叠型)。并且，如图1所示，本体部2的第一片层26和相对于第一片层26与第二片层27位于相反侧的多个片层25沿着与层叠方向正交的方向延伸。需要说明的是，本体部2的第一片层26和相对于第一片层26与第二片层27位于相反侧的多个片层25可以是上述抄制型。并且，多个片层25、第一片层26和第二片层27例如分别可以以沿着其他部件的轮廓形状的方式具有弯曲形状。
如图1所示，第一覆盖片层3包含覆盖本体部2的台阶部23的覆盖部33、由位于覆盖部33的第一构造部21侧的一端部沿着与层叠方向正交的方向延伸的一端部31和由位于覆盖部33的第二构造部22侧的另一端部沿着与层叠方向正交的方向延伸的另一端部32。需要说明的是，在图1以及后述图3、7、8中，为了便于说明，以双点划线划分了一端部31、覆盖部33和另一端部32来表示，但一端部31、覆盖部33和另一端部32一体地设置。
在图1所示的实施方式中，如图2所示，从第一覆盖片层3的层叠方向的上方看，第一覆盖片层3不在第一片层26的表面261的整个面形成，而是以仅覆盖表面261的一部分的方式形成。需要说明的是，在图1所示的实施方式中，如图2所示，从层叠方向的上方看，第一覆盖片层3以覆盖第二片层27的表面271的整个面的方式形成，但如后述图9和10所示，也可以以仅覆盖第二片层27的表面271的一部分的方式形成。并且，第一覆盖片层3通过与多个片层25相同的材料形成，包含将碳纤维等强化用纤维加入到作为母材(包入强化用纤维的材料)的环氧树脂等热固性性树脂(塑料)中而使强度提高的纤维强化塑料。
在图1所示的实施方式中，在第一覆盖片层3的一端部31直接层叠于第一片层26的状态下对第一覆盖片层3所包含的热固性树脂进行加热和加压而使其软化为流动状之后，进一步进行加热而使其固化从而固着在第一片层26的表面261上。同样，第一覆盖片层3的另一端部32在直接层叠于第二片层27的状态下固着在第二片层27的表面271。第一覆盖片层3所包含的热固性树脂在进行上述加热和加压时从第一覆盖片层3溶出，从而对在第一覆盖片层3的覆盖部33与本体部2的台阶部23之间形成的、图1中三角形状的间隙进行填充(溶出树脂6)。由此，第一覆盖片层3的覆盖部33与本体部2的台阶部23相固着。并且，如图1所示，第一覆盖片层3的覆盖部33分别从一端部31和另一端部32弯折地形成，形成为沿着本体部2的台阶部23的坡度的形状。第一覆盖片层3的覆盖部33在图1中形成为直线状，但也可以形成为沿着本体部2的台阶部23的阶梯状。复合材料的构造体1在仅通过本体部2而台阶部23中的层间强度不足的情况下，通过具备第一覆盖片层3能够使台阶部23中的层间强度提高。
台阶部23的坡度通过图1所示的、在台阶部23上层叠的多个片层25中的两个片层25的水平距离H与垂直距离V的比即H/V来表示。随着H/V的值变小，台阶部23的坡度的倾斜角度变大。需要说明的是，作为一个例子，在以台阶部23的坡度的倾斜角度平缓的方式设计的情况下H/V的值为30以上。
与此相对，在一些实施方式中，在台阶部23中，水平距离H与垂直距离V的比即H/V处于1≤H/V＜30的范围内。优选H/V处于2≤H/V≤20的范围内。更优选的是H/V处于3≤H/V≤10的范围内。在台阶部23的水平距离H与垂直距离V的比即H/V处于上述范围内的情况下，能够通过第一覆盖片层3防止层间剥离的发生。
如上所述，一些实施方式的复合材料的构造体1具备上述本体部2和上述第一覆盖片层3。
根据上述构成，第一覆盖片层3包含覆盖本体部2的台阶部23的覆盖部33、由覆盖部33的一端部沿着与层叠方向正交的方向延伸的一端部31以及由覆盖部33的另一端部沿着与层叠方向正交的方向延伸的另一端部32，在通过具备这样的第一覆盖片层3而具有所谓的堆叠型的台阶部23的复合材料的构造体1中，能够使台阶部23的层间强度提高。通过使台阶部23的层间强度提高，即使在台阶部23的坡度的倾斜角度大的情况下也能够防止层间剥离的发生。而且，在台阶部23的坡度的倾斜角度大的情况下，与倾斜角度小的情况相比，能够削减在台阶部23产生的多余的壁厚，因此能够实现复合材料的构造体1的轻量化。并且，第一覆盖片层3以仅覆盖第一片层26的表面261的一部分或第二片层27的表面271的一部分的方式形成，由此能够避免在第一覆盖片层3产生多余的部分，因此能够实现复合材料的构造体1的轻量化。这样的第一覆盖片层3在上述具有所谓的抄制型台阶部的复合材料的构造体中是不具备的。并且，原本堆叠型的台阶部23的多个片层25的端面251彼此错开地层叠，因此台阶部23自身具有规定的层间强度。
在一些实施方式中，如图3所示，复合材料的构造体1进一步具备第二覆盖片层4。在这里，图3是沿着图2所示的A-A线的示意性剖视图，是表示一实施方式的复合材料的构造体的构成的图。如图3所示，第二覆盖片层4在层叠方向配置在本体部2的第一片层26与第一覆盖片层3之间。第二覆盖片层4包含覆盖本体部2的台阶部23的覆盖部43、由位于覆盖部43的第一构造部21侧的一端部沿着与层叠方向正交的方向延伸的一端部41和由位于覆盖部43的第二构造部22侧的另一端部沿着与层叠方向直交的方向延伸的另一端部42。需要说明的是，在图3中，为了便于说明，以双点划线划分了一端部41、覆盖部43和另一端部42来表示，但一端部41、覆盖部43和另一端部42一体地设置。并且，第二覆盖片层4通过与多个片层25相同的材料形成，包含将碳纤维等强化用纤维加入到作为母材的环氧树脂等热固性树脂(塑料)中而使强度提高的纤维强化塑料。
在图3所示的实施方式中，在第二覆盖片层4的一端部41直接层叠于第一片层26的状态下对第二覆盖片层4所包含的热固性树脂进行加热和加压而而使其软化为流动状之后，进一步进行加热而使其固化从而固着在第一片层26的表面261上。并且，第一覆盖片层3的一端部31间接地层叠于第一片层26。即，第一覆盖片层3的一端部31通过第一覆盖片层3或第二覆盖片层4所包含的热固性树脂而固着在第二覆盖片层4的一端部41上。需要说明的是，第一覆盖片层3的一端部31可以固着在第一片层26的表面261上。
在第二覆盖片层4的另一端部42插入在层叠方向上的第一片层26与第二片层27之间配置的多个片层25中的、两个片层25之间的状态下，对第二覆盖片层4所包含的热固性树脂进行加热和加压而使其软化为流动状之后，进一步加热而使其固化，从而固着在这两个片层25上。第二覆盖片层4所包含的热固性树脂与上述第一覆盖片层3所包含的热固性树脂同样地在进行上述加热和加压时从第二覆盖片层4溶出，由此对在第二覆盖片层4的覆盖部43与本体部2的台阶部23之间形成的、图3中三角形状的间隙进行填充(溶出树脂6)。由此，第二覆盖片层4的覆盖部43与本体部2的台阶部23相固着。并且，第一覆盖片层3的覆盖部33不仅固着于本体部2的台阶部23，也以在第二覆盖片层4的覆盖部43之间不产生间隙的方式固着于第二覆盖片层4的覆盖部43。并且，如图3所示，第二覆盖片层4的覆盖部43分别从一端部41和另一端部42弯折地形成，形成为沿着本体部2的台阶部23的坡度的形状。第二覆盖片层4的覆盖部43在图3中呈直线状形成，但也可以形成为沿着本体部2的台阶部23的阶梯状。需要说明的是，在图3所示的实施方式中，复合材料的构造体1具备一片第二覆盖片层4，但也可以具备多片第二覆盖片层4。
根据上述构成，能够将作用于第一覆盖片层3的荷载的一部分分散到第二覆盖片层4，能够减轻第一覆盖片层3的负担。因此，能够防止第一覆盖片层3的损坏并且使台阶部23的层间强度提高。
图4～6是用于对一实施方式中的片层(片层25、第一覆盖片层3、第二覆盖片层4和第三覆盖片层5)的取向方向进行说明的图。在这里，如图1所示，以通过本体部2的第一构造部21与第二构造部22的距离成为最短的位置的直线为基准线LS。如图2所示，从层叠方向的上方看，基准线LS成为通过台阶部23的坡度最大的位置的直线。并且，如图4～6所示，以从多个片层25的层叠方向的上方看与基准线LS正交的直线为正交线LO。并且，以从层叠方向的上方看片层相对于基准线LS的取向方向的角度为θ。需要说明的是，关于θ，为了便于说明，以从图4～6中的基准线LS向逆时针方向为正、向顺时针方向为负。图4是表示θ＝0°的状态的图，图5是表示θ＝45°的状态的图，并且，图6是表示θ＝－45°的状态的图。并且，以片层25相对于基准线LS的取向方向的角度为θ0。
在一些实施方式中，如图4～6所示，第一覆盖片层3构成为包含沿着与层叠方向正交的方向具有取向方向的强化纤维。如图4～6所例示的那样，从层叠方向的上方看，第一覆盖片层3的取向方向相对于正交线LO交叉。
根据上述构成，第一覆盖片层3构成为包含具有取向方向的强化纤维，因此相对于沿着取向方向的荷载，强化纤维能够发挥出高的强度，但相对于沿着与取向方向垂直的方向的荷载，强化纤维不能发挥出高的强度。通过使第一覆盖片层3的取向方向相对于与基准线LS正交的直线(正交线LO)交叉，第一覆盖片层3所包含的强化纤维能够相对于施加于第一覆盖片层3的荷载发挥出高的强度。因此，能够使台阶部23的层间强度提高。
需要说明的是，在上述一些实施方式中，作为第一覆盖片层3的取向方向，排除了沿着正交线LO的方向，但在其他的一些实施方式中，第一覆盖片层3的取向方向可以成为沿着正交线LO的方向，片层25、第二覆盖片层4和第三覆盖片层5的取向方向可以成为沿着正交线LO的方向。
如同图1、3、5～8所例示的那样，在一些实施方式中，如果以从层叠方向的上方看相对于基准线LS的第一覆盖片层3的取向方向的角度为θ1，则θ1处于45±15°或－45±15°的范围内。根据上述构成，通过使相对于基准线LS(通过台阶部23的坡度最大的位置的直线)的、第一覆盖片层3的取向方向的角度θ1处于45±15°或－45±15°的范围内，第一覆盖片层3所包含的强化纤维能够相对于沿着基准线LS的荷载和沿着与基准线LS正交的直线(正交线LO)的荷载这两者发挥出高的强度。由此，能够使台阶部23的层间强度提高。
如图4所例示的那样，在一些实施方式中，如果以从层叠方向的上方看相对于基准线LS的第一覆盖片层3的取向方向的角度为θ1，则θ1处于0±15°的范围内。根据上述构成，通过使相对于基准线LS(通过台阶部23的坡度最大的位置的直线)的第一覆盖片层3的取向方向的角度θ1处于0±15°的范围内，沿着基准线LS的荷载容易传递到第一覆盖片层3，因此能够防止层间方向的应力集中在台阶部23。因此，能够使台阶部23的层间强度提高。
在一些实施方式中，如图7所示，复合材料的构造体1进一步具备第三覆盖片层5。在这里，图7是相当于沿着图2所示的A-A线的剖面图的示意性剖面图，是表示一实施方式的复合材料的构造体的构成的图。如图7所示，第三覆盖片层5在层叠方向上相对于第一覆盖片层3配置在与第一片层26相反的一侧。
在图7所示的实施方式中，第三覆盖片层5直接层叠在第一覆盖片层3上。更详细地说，如图7所示，第三覆盖片层5包含从第一覆盖片层3的覆盖部33的外侧覆盖本体部2的台阶部23的覆盖部53、由位于覆盖部53的第一构造部21侧的一端部沿着与层叠方向正交的方向延伸的一端部51、以及由位于覆盖部53的第二构造部22侧的另一端部向与层叠方向正交的方向延伸的另一端部52。需要说明的是，在图7中，为了便于说明，以双点划线划分一端部51、覆盖部53和另一端部52来表示，但一端部51、覆盖部53以及另一端部52一体地设置。并且，第三覆盖片层5通过与多个片层25相同的材料形成，包含将碳纤维等强化用纤维加入到作为母材的环氧树脂等热固性树脂(塑料)中而使强度提高的纤维强化塑料。
如图7所示，在第三覆盖片层5的一端部51直接层叠于第一覆盖片层3的一端部31的状态下，对第三覆盖片层5所包含的热固性树脂进行加热和加压而使其软化为流动状之后，进一步加热而使其固化从而固着于第一覆盖片层3的一端部31。同样，如图7所示，第三覆盖片层5的另一端部52以直接层叠于第一覆盖片层3的另一端部32的状态固着于第一覆盖片层3的另一端部32。并且，第三覆盖片层5的覆盖部53以在第一覆盖片层3的覆盖部33之间不产生间隙的方式直接层叠于第一覆盖片层3的覆盖部33的状态固着于第一覆盖片层3的覆盖部33。需要说明的是，第三覆盖片层5的一端部51可以固着在第一片层26的表面261上，第三覆盖片层5的另一端部52可以固着在第二片层27的表面271上。并且，如图7所示，第三覆盖片层5的覆盖部53分别从一端部51和另一端部52弯折地形成，形成为沿着本体部2的台阶部23的坡度的形状。第三覆盖片层5的覆盖部53在图7中中形成为直线状，但也可以形成为沿着本体部2的台阶部23的阶梯状。
根据上述构成，复合材料的构造体1进一步具备相对于第一覆盖片层3配置在第一片层26的相反侧的第三覆盖片层5。因此，能够将作用于第一覆盖片层3的荷载的一部分分散到第三覆盖片层5，因此能够减轻第一覆盖片层3的负担。因此，能够防止第一覆盖片层3的损坏，并且使台阶部23的层间强度提高。
在一些实施方式中，上述第三覆盖片层5与第一覆盖片层3同样地包含具有取向方向的强化纤维而构成。从层叠方向的上方看，如果以相对于基准线LS的第三覆盖片层5的取向方向的角度为θ3，则满足θ3＝－θ1的关系。例如，在第一覆盖片层3的取向方向的角度θ1为图5所示的θ1＝45°的情况下，第三覆盖片层5的取向方向的角度θ3成为图6所示的θ3＝－45°。
根据上述构成，第三覆盖片层5构成为包含具有取向方向的强化纤维，因此强化纤维相对于沿着取向方向的荷载能够发挥出高的强度。并且，通过使相对于基准线LS的第三覆盖片层5的取向方向的角度θ3满足θ3＝－θ1的关系，能够减小第一覆盖片层3和第三覆盖片层5的异向性带来的影响，无论荷载的作用方向如何，第一覆盖片层3和第三覆盖片层5所包含的强化纤维都能够发挥高的强度。因此，能够使台阶部23的层间强度提高。
需要说明的是，在图7所示的实施方式中，复合材料的构造体1具备一片第三覆盖片层5，但也可以具备多片第三覆盖片层5。并且，在其他一些实施方式中，第三覆盖片层5的取向方向的角度θ3可以不满足θ3＝－θ1的关系，例如，可以满足θ3＝θ1的关系。
并且，在上述一些实施方式中，第二覆盖片层4与第一覆盖片层3同样地包含沿着与层叠方向的方向具有取向方向的强化纤维而构成。从层叠方向的上方看，如果以相对于基准线LS的第二覆盖片层4的取向方向的角度为θ2，则满足θ2＝－θ1的关系。在这种情况下，能够减小第一覆盖片层3和第二覆盖片层4的异向性带来的影响，无论荷载的作用方向如何，第一覆盖片层3和第二覆盖片层4所包含的强化纤维都能够发挥高的强度。由此，能够使台阶部23中的层间强度提高。
在一些实施方式中，如图8所示，第一覆盖片层3的覆盖部33包含第一覆盖部331和第二覆盖部332。在这里，图8是沿着图2所示的A-A线的示意性剖视图，是表示一实施方式的复合材料的构造体的构成的图。如图8所示，从沿着层叠方向的剖面看，第一覆盖部331与第一覆盖片层3的一端部31连续并且从一端部31弯折形成，相对于一端部31具有倾斜。如图8所示，从沿着层叠方向的剖面看，第二覆盖部332与第一覆盖片层3的另一端部32连续并且从另一端部32弯折形成，相对于另一端部32具有倾斜。而且，第一覆盖部331相对于一端部31的倾斜比第二覆盖部332相对于另一端部32的倾斜更为平缓。第一覆盖部331和第二覆盖部332在图8中形成为直线状，但也可以形成为沿着本体部2的台阶部23的阶梯状。
根据上述构成，第一覆盖片层3的与一端部31连续的第一覆盖部331比与另一端部32连续的第二覆盖部332应力集中的程度大，但通过使第一覆盖部331相对于一端部31的倾斜比第二覆盖部332相对于另一端部32的倾斜更为平缓，能够防止第一覆盖片层3的第一覆盖部331处的损坏，并且使台阶部23的层间强度提高。
在上述一些实施方式中，如图2、9所示，从层叠方向的上方看，第一覆盖片层3以覆盖本体部2的台阶部23的整个面的方式形成。在这里，图9是从本发明另一实施方式的复合材料的构造体的层叠方向的上方看到的示意性俯视图。在图9所示的实施方式中，从层叠方向的上方看，第一覆盖片层3覆盖本体部2的台阶部23的整个面，并且以覆盖第一片层26的表面261的一部分和与构成第二片层27的表面271的四边相邻的周缘部的方式形成。在这种情况下，与从层叠方向的上方看第一覆盖片层3仅覆盖台阶部23的一部分的情况相比，能够使台阶部23的层间强度提高。
在其他一些实施方式中，如图10所示，从层叠方向的上方看，第一覆盖片层3以仅覆盖本体部2的台阶部23的一部分的方式形成。在这里，图10是从本发明的另一实施方式的复合材料的构造体的层叠方向的上方看到的示意性俯视图。在这种情况下，能够使台阶部23的层间强度提高，并且避免在第一覆盖片层3产生多余的部分，因此能够实现复合材料的构造体1的轻量化。
并且，在图10所示的实施方式中，复合材料的构造体1具备多个第一覆盖片层3。更详细地说，如图10所示，复合材料的构造体1相对于构成第二片层27的表面271的四边分别具备从层叠方向的上方看沿着第一构造部21与第二构造部22的距离最短的直线延伸的第一覆盖片层3。在这种情况下，各个第一覆盖片层3能够覆盖台阶部23中的坡度的倾斜角度大的部分，因此能够使台阶部23的层间强度提高，并且避免在第一覆盖片层3产生多余的部分，因此能够实现复合材料的构造体1的轻量化。
(层间剥离评价试验)
针对上述一些实施方式的复合材料的构造体1，制作图11、12所示的试验片10，使用试验片10实施层间剥离评价试验。在这里，图11是在复合材料的构造体的层间剥离评价试验中使用的试验片的一个例子的俯视图。图12是沿着图11所示的B-B线的示意性剖视图，是表示试验片的构成的一个例子的图。
如图11、12所示，对于试验片10，改变了复合材料的构造体1的形状而用于层间剥离评价试验，对于同样的结构标注同样的附图标记并且省略说明。如图11所示，试验片10形成为具备本体部2的长条板状，在长度方向中央部设有第二构造部22，从长度方向中央部向两端部侧依次设有台阶部23和第一构造部21。并且，如图12所示，试验片10在层叠于第一片层26的片层25的长度方向的一方的前端部(图中右侧的端部)与第一片层26之间以形成间隙的方式设有人工缺陷101。如图11、12所示，试验片10在长度方向两端部设有夹持部102。通过拉伸试验机把持两个夹持部102，使试验片10的长度方向的一方(图10中左侧)被固定。试验片10的长度方向的另一方(图10中右侧)以对拉伸荷载F进行控制以使得位移D的增加量一定的状态被拉伸。然后，在通过目视确认在试验片10上产生裂纹(剥离进展)时检测荷载即剥离进展开始荷载。
在试验片10中，存在与图1、8所示的复合材料的构造体1同样地具备本体部2、取向方向的角度θ1＝45°的第一覆盖片层3而构成的试验片10A和试验片10B。试验片10B的第一覆盖片层3的覆盖部33与图8所示的复合材料的构造体1同样地包含上述第一覆盖部331和上述第二覆盖部332。
并且，在试验片10中，存在与图3所示复合材料的构造体1同样地具备本体部2、第一覆盖片层3和第二覆盖片层4而构成的试验片10C。在试验片10C中，第一覆盖片层3的取向方向的角度θ1＝－45°，第二覆盖片层4的取向方向的角度θ2＝45°。
并且，在试验片10中存在与图7所示的复合材料的构造体1同样地具备本体部2、第一覆盖片层3和第三覆盖片层5而构成的试验片10D。在试验片10D中，第一覆盖片层3的取向方向的角度θ1＝45°，第三覆盖片层5的取向方向的角度θ3＝－45°。
在试验片10中，为了进行比较，存在不具备第一覆盖片层3而仅通过本体部2构成的试验片20A和试验片20B。与上述试验片10A,10B,10C,10D相同，试验片20A的H/V＝5，试验片20B的H/V＝30。
根据上述层间剥离评价试验的结果生成的图表如图13所示。在这里，图13是表示根据复合材料的构造体的层间剥离评价试验得到的各试验片的剥离进展开始荷载的图表。在图13中，各试验片10的剥离进展开始荷载以试验片20A的剥离进展开始荷载为1.0的比例表示。如图13所示，与试验片20A相比H/V的值大、台阶部23的坡度变缓的试验片20B的剥离进展开始荷载比试验片20A大。并且，试验片10A～10D分别仅通过本体部2构成，并且与H/V的值相等的试验片20A相比剥离进展开始荷载大。并且，试验片10A～10D的剥离进展开始荷载以10C,10D,10A,10B的顺序变大。
以上，对本发明优选的形态进行了说明，但本发明不限于上述形态，能够实施不脱离本发明目的范围内的各种变更。
在上述一些实施方式中，多个片层25、第一覆盖片层3、第二覆盖片层4以及第三覆盖片层5包含将碳纤维等强化用纤维加入到作为母材的环氧树脂等热固性树脂(塑料)中而使强度提高的纤维强化塑料，但不限于此。例如，多个片层25、第一覆盖片层3、第二覆盖片层4以及第三覆盖片层5可以包含不饱和聚酯树脂、聚酰胺树脂或酚醛树脂作为母材，并且，还可以包含甲基丙烯酸甲酯等热塑性树脂。并且，可以以碳纤维为强化用纤维、以使用碳的碳纤维强化碳复合材料为母材。并且，多个片层25、第一覆盖片层3、第二覆盖片层4以及第三覆盖片层5可以包含玻璃纤维和凯芙拉作为强化用纤维，并且也可以是纤维强化塑料之外的复合材料。
并且，在其他一些实施方式中，多个片层25、第一覆盖片层3、第二覆盖片层4以及第三覆盖片层5可以不包含具有取向方向的强化纤维而构成。并且，第一覆盖片层3、第二覆盖片层4以及第三覆盖片层5可以通过与多个片层25不同的材料形成。并且，在其他一些实施方式中，第一覆盖片层3的覆盖部33、第二覆盖片层4的覆盖部43以及第三覆盖片层5的覆盖部53可以不固着于本体部2的台阶部23等。并且，第一覆盖片层3、第二覆盖片层4以及第三覆盖片层5通过它们所包含的热固性树脂固着于片层25等，但例如也可以通过使树脂等溶着、使用粘接材料进行粘接等其他方法固着于片层25等。
本发明不限于上述实施方式，也包含对上述实施方式实施了变形的形态和将这些形态组合的形态。
附图标记说明
1复合材料的构造体；
2本体部；
21第一构造部；
22第二构造部；
23台阶部；
25片层；
251端面；
26第一片层；
261表面；
27第二片层；
271表面；
3第一覆盖片层；
31一端部；
32另一端部；
33覆盖部；
331第一覆盖部；
332第二覆盖部；
4第二覆盖片层；
41一端部；
42另一端部；
43覆盖部；
5第三覆盖片层；
51一端部；
52另一端部；
53覆盖部；
6溶出树脂；
10,10A～10D,20A,20B试验片；101人工缺陷；
102夹持部；
D位移；
F拉伸荷载；
H水平距离；
LO正交线；
LS基准线；
V垂直距离。

Claims (11)

1.一种复合材料的构造体，具有通过多个片层的端面彼此错开地层叠而形成的台阶部，该复合材料的构造体的特征在于，
具备本体部和第一覆盖片层，
所述本体部包含：所述多个片层中的第一片层层叠在最上层的第一构造部；所述多个片层中与所述第一片层不同的第二片层、即与所述第一片层在所述多个片层所层叠的方向即层叠方向上分开的第二片层层叠在最上层的第二构造部；以及，在所述第一构造部与所述第二构造部之间设置的所述台阶部；
所述第一覆盖片层包含：覆盖所述台阶部的覆盖部；由所述覆盖部的一端部沿着与所述层叠方向正交的方向延伸的一端部；以及，由所述覆盖部的另一端部沿着与所述层叠方向正交的方向延伸的另一端部；该第一覆盖片层以仅覆盖所述第一片层的表面的一部分或所述第二片层的表面的一部分的方式形成。
2.根据权利要求1所述的复合材料的构造体，其中，
所述复合材料的构造体进一步具备在所述层叠方向上配置在所述第一片层与所述第一覆盖片层之间的第二覆盖片层，
所述第二覆盖片层包含：覆盖所述台阶部的覆盖部；由所述覆盖部的一端部沿着与所述层叠方向正交的方向延伸的一端部；以及，由所述覆盖部的另一端部沿着与所述层叠方向正交的方向延伸的另一端部，该另一端部插入在所述层叠方向上的所述第一片层与所述第二片层之间配置的所述多个片层中的两个片层之间。
3.根据权利要求1或2所述的复合材料的构造体，其中，
所述第一覆盖片层构成为包含具有取向方向的强化纤维，
从所述层叠方向的上方看，所述第一覆盖片层的所述取向方向相对于与通过所述第一构造部和所述第二构造部的距离成为最短的位置的基准线正交的方向交叉。
4.根据权利要求3所述的复合材料的构造体，其中，
在以从所述层叠方向的上方看所述第一覆盖片层的所述取向方向相对于所述基准线的角度为θ1时，θ1处于45±15°或－45±15°的范围内。
5.根据权利要求3所述的复合材料的构造体，其中，
在以从所述层叠方向的上方看所述第一覆盖片层的所述取向方向相对于所述基准线的角度为θ1时，θ1处于0±15°的范围内。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的复合材料的构造体，其中，
所述复合材料的构造体进一步具备在所述层叠方向上，相对于所述第一覆盖片层配置在所述第一片层的相反侧的第三覆盖片层。
7.根据权利要求6所述的复合材料的构造体，其中，
所述第三覆盖片层构成为包含具有取向方向的强化纤维，
在以从所述层叠方向的上方看所述第一覆盖片层的所述取向方向相对于所述基准线的角度为θ1、所述第三覆盖片层的所述取向方向相对于所述基准线的角度为θ3时，满足θ3＝－θ1的关系。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的复合材料的构造体，其中，
所述第一覆盖片层的所述覆盖部包含：
从沿着所述层叠方向的剖面看，与所述第一覆盖片层的所述一端部连续并且相对于所述一端部倾斜的第一覆盖部；
从沿着所述层叠方向的剖面看，与所述第一覆盖片层的所述另一端部连续并且相对于所述另一端部倾斜的第二覆盖部；
所述第一覆盖部相对于所述一端部的所述倾斜以比所述第二覆盖部相对于所述另一端部的所述倾斜更为平缓的方式形成。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的复合材料的构造体，其中，
在所述台阶部中，如果以水平距离为H、以垂直距离为V，则所述水平距离与所述垂直距离的比即H/V处于1≤H/V＜30的范围内。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的复合材料的构造体，其中，
从所述层叠方向的上方看，所述第一覆盖片层以覆盖所述台阶部的整个面的方式形成。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的复合材料的构造体，其中，
从所述层叠方向的上方看，所述第一覆盖片层以仅覆盖所述台阶部的一部分的方式形成。
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