JP2002307590A - 積層複合材料 - Google Patents
積層複合材料Info
- Publication number
- JP2002307590A JP2002307590A JP2001110799A JP2001110799A JP2002307590A JP 2002307590 A JP2002307590 A JP 2002307590A JP 2001110799 A JP2001110799 A JP 2001110799A JP 2001110799 A JP2001110799 A JP 2001110799A JP 2002307590 A JP2002307590 A JP 2002307590A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laminated
- fiber
- composite material
- reinforcing fibers
- different
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Fishing Rods (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 プリプレグの強化方向を非対称或は反対称に
積層した積層材は、温度変化、外力の変化によりねじれ
変形を生じるが、このような変形を制御可能にした積層
材を得ようとする。 【解決手段】 繊維強化プリプレグによる積層複合材料
において、その中心面に対して、強化繊維方向が反対称
に積層され、かつ、その中に繊維配向方向が異なる層を
含む。上記繊維配向方向が異なる層が、積層材の両面、
すなわち最外層に配置された場合、その作用はもっとも
顕著となる。その有利な実施形態として、上記積層材の
本体は、積層体に対して±３０°方向に延びる強化繊維
を有し、上記配向方向が異なる強化繊維は±４５°方向
に延び、かつ、上記４５°方向の強化繊維を有するプリ
プレグは、積層体の最外側に配置される。
積層した積層材は、温度変化、外力の変化によりねじれ
変形を生じるが、このような変形を制御可能にした積層
材を得ようとする。 【解決手段】 繊維強化プリプレグによる積層複合材料
において、その中心面に対して、強化繊維方向が反対称
に積層され、かつ、その中に繊維配向方向が異なる層を
含む。上記繊維配向方向が異なる層が、積層材の両面、
すなわち最外層に配置された場合、その作用はもっとも
顕著となる。その有利な実施形態として、上記積層材の
本体は、積層体に対して±３０°方向に延びる強化繊維
を有し、上記配向方向が異なる強化繊維は±４５°方向
に延び、かつ、上記４５°方向の強化繊維を有するプリ
プレグは、積層体の最外側に配置される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複合材料、特に繊維強
化複合材料の積層材の熱、外力による変形を制御できる
積層材に関する。
化複合材料の積層材の熱、外力による変形を制御できる
積層材に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に繊維強化複合材料は、その繊維方
向と繊維に直角方向とでは熱膨張率、弾性率等が相違
し、これを繊維方向を変えて積層して構造材にすると
き、荷重、温度変化によって変形を生じる。先に本発明
者等は、この引張−ねじり連成効果を利用し、回転遠心
力に応じて自動的に最適空力角度に調整できる動翼を提
案した（特願平１１−２５８０４４号）。これは、繊維
強化プリプレグを動翼の長さ方向に対して、繊維方向が
４５度になるように２０層、ついで−４５度になるよう
に２０層、積層して、遠心力によって翼端側に生じるね
じれを利用したものである。
向と繊維に直角方向とでは熱膨張率、弾性率等が相違
し、これを繊維方向を変えて積層して構造材にすると
き、荷重、温度変化によって変形を生じる。先に本発明
者等は、この引張−ねじり連成効果を利用し、回転遠心
力に応じて自動的に最適空力角度に調整できる動翼を提
案した（特願平１１−２５８０４４号）。これは、繊維
強化プリプレグを動翼の長さ方向に対して、繊維方向が
４５度になるように２０層、ついで−４５度になるよう
に２０層、積層して、遠心力によって翼端側に生じるね
じれを利用したものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、一般に、上記
のように積層材の厚みの中心面の上下について繊維方向
を非対称あるいは反対称に積層した複合材料による積層
材は、製作過程において加熱冷却を受け、冷却時の熱収
縮によりねじれが生じ、所定形状の積層材、例えば平面
材を得ることが困難となり、ときには層間剥離やわれな
どが生じ、外力によるねじれ変形も制御できないという
問題が生じていた。本発明は、プリプレグの積層方向を
適切に選択することにより、上記のような現象を防止
し、熱履歴変形がなく、外力による変形を制御可能にし
た積層材を得ようとするものである。
のように積層材の厚みの中心面の上下について繊維方向
を非対称あるいは反対称に積層した複合材料による積層
材は、製作過程において加熱冷却を受け、冷却時の熱収
縮によりねじれが生じ、所定形状の積層材、例えば平面
材を得ることが困難となり、ときには層間剥離やわれな
どが生じ、外力によるねじれ変形も制御できないという
問題が生じていた。本発明は、プリプレグの積層方向を
適切に選択することにより、上記のような現象を防止
し、熱履歴変形がなく、外力による変形を制御可能にし
た積層材を得ようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の積層複合材料
は、繊維強化プリプレグを、繊維方向を揃えて積層した
積層材において、その中心面に対して、強化繊維方向が
反対称に積層され、かつ、その中に繊維配向方向が異な
る層を含むことを特徴とする。上記繊維配向方向が異な
る層とは、本体のプリプレグの繊維方向が積層複合材の
中心線に対する角度の±が逆であることを意味する。ま
た、上記繊維配向方向が異なる層が、積層材の両面、す
なわち最外層に配置された場合、その作用はもっとも顕
著となる。その有利な実施形態として、上記積層材の本
体は、積層体に対して３０°方向に延びる強化繊維を有
し、上記配向方向が異なる強化繊維は４５°方向に延
び、かつ、上記４５°方向の強化繊維を有するプリプレ
グは、積層体の最外側に配置される。
は、繊維強化プリプレグを、繊維方向を揃えて積層した
積層材において、その中心面に対して、強化繊維方向が
反対称に積層され、かつ、その中に繊維配向方向が異な
る層を含むことを特徴とする。上記繊維配向方向が異な
る層とは、本体のプリプレグの繊維方向が積層複合材の
中心線に対する角度の±が逆であることを意味する。ま
た、上記繊維配向方向が異なる層が、積層材の両面、す
なわち最外層に配置された場合、その作用はもっとも顕
著となる。その有利な実施形態として、上記積層材の本
体は、積層体に対して３０°方向に延びる強化繊維を有
し、上記配向方向が異なる強化繊維は４５°方向に延
び、かつ、上記４５°方向の強化繊維を有するプリプレ
グは、積層体の最外側に配置される。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、繊維強化プラスチック（Ｆ
ＲＰ）を用いた積層材を例として、より具体的に説明す
る。図２にテストピースとして製造した、中心面に対し
て強化繊維方向を反対称に積層したときの積層材の構造
を示す。これは従来例に見られる構成であり、厚みの中
心面に対して、上側に繊維方向が長手方向に対して＋θ
°のプリプレグをｎ枚、下側に−θ°のものをｎ枚、反
対称に積層したものである。図２に繊維の配向方向によ
るねじれ量の変化を示す。具体的には、使用したテスト
ピースは長さ３００ｍｍ、幅１２８ｍｍとし、プリプレ
グ１６層を８層ずつ（すなわち、図１におけるｎ＝
８）、複合材の中心面に対して繊維方向を反対称に積層
して厚さ２ｍｍにしたものである。横軸は中心線と繊維
方向とのなす角度、縦軸は複合材の一端を固定したとき
他端に生じる変形量を示す。グラフの上側の線は、この
複合材をω＝１０，０００ｒｐｍで回転したときに受け
る遠心力による変形量、下側の線はΔ＝１５５℃の温度
変化によって生じる変形量を示す。
ＲＰ）を用いた積層材を例として、より具体的に説明す
る。図２にテストピースとして製造した、中心面に対し
て強化繊維方向を反対称に積層したときの積層材の構造
を示す。これは従来例に見られる構成であり、厚みの中
心面に対して、上側に繊維方向が長手方向に対して＋θ
°のプリプレグをｎ枚、下側に−θ°のものをｎ枚、反
対称に積層したものである。図２に繊維の配向方向によ
るねじれ量の変化を示す。具体的には、使用したテスト
ピースは長さ３００ｍｍ、幅１２８ｍｍとし、プリプレ
グ１６層を８層ずつ（すなわち、図１におけるｎ＝
８）、複合材の中心面に対して繊維方向を反対称に積層
して厚さ２ｍｍにしたものである。横軸は中心線と繊維
方向とのなす角度、縦軸は複合材の一端を固定したとき
他端に生じる変形量を示す。グラフの上側の線は、この
複合材をω＝１０，０００ｒｐｍで回転したときに受け
る遠心力による変形量、下側の線はΔ＝１５５℃の温度
変化によって生じる変形量を示す。
【０００６】上記テストの結果は、図３に示すように、
中心線に対して８層ずつの繊維方向がθ°／−θ°の積
層板においては、θ＝４５°の場合に温度荷重に対する
変形量が最大であり、θ＝３０°の場合に遠心力荷重に
対する変形量が最大となることを示している。流体機械
の圧縮機等の動翼を回転数に応じた翼ねじれ角度を起こ
させ、空気力学的効率を、複雑な機構なしに高める等の
目的には、上記θ＝３０°の場合を利用することが考え
られるが、この場合、温度変化に伴う反り変形も大きい
ため、成形時の冷却過程における変形のため、無荷重時
に平らな積層材の製造が困難になる。
中心線に対して８層ずつの繊維方向がθ°／−θ°の積
層板においては、θ＝４５°の場合に温度荷重に対する
変形量が最大であり、θ＝３０°の場合に遠心力荷重に
対する変形量が最大となることを示している。流体機械
の圧縮機等の動翼を回転数に応じた翼ねじれ角度を起こ
させ、空気力学的効率を、複雑な機構なしに高める等の
目的には、上記θ＝３０°の場合を利用することが考え
られるが、この場合、温度変化に伴う反り変形も大きい
ため、成形時の冷却過程における変形のため、無荷重時
に平らな積層材の製造が困難になる。
【０００７】この温度変化による反り変形は、図３に見
るようにθ＝４５°のものがさらに大きく、一方、遠心
力荷重による変形は小さい。本発明によれば、図２の積
層材中にこの繊維配向方向の違いによる変形量の異なる
プリプレグを導入することによって、積層材の遠心力荷
重による変形を保ちながら温度変化による変形を小さく
することが出来る。図１はその導入の１例を示すもの
で、上記８層のプリプレグ中、もっとも外側の１枚を本
体であるθ＝３０°と±が逆なθ＝４５°のプリプレグ
に置き換えたものである。
るようにθ＝４５°のものがさらに大きく、一方、遠心
力荷重による変形は小さい。本発明によれば、図２の積
層材中にこの繊維配向方向の違いによる変形量の異なる
プリプレグを導入することによって、積層材の遠心力荷
重による変形を保ちながら温度変化による変形を小さく
することが出来る。図１はその導入の１例を示すもの
で、上記８層のプリプレグ中、もっとも外側の１枚を本
体であるθ＝３０°と±が逆なθ＝４５°のプリプレグ
に置き換えたものである。
【０００８】この±が逆なプリプレグの導入の効果は、
積層材のどこに導入したかによって相違する。図１に示
す実施例においては、最外層のプリプレグに導入してい
る［−４５／（３０）7／（−３０）7／４５と表す。］
が、導入位置による効果の差は図４、図５に示す。すな
わち、図４ａは上記［−４５／（３０）7／（−３０）7
／４５］の配置のもの、同図ｂは［（３０）3／−４５
／（３０）4／（−３０）4／４５／（−３０）3］の配
置のもの（すなわち、θ＝４５°のプリプレグが外層側
から数えて第４層に導入されたもの 以下同様）、同図
ｃは［（３０）4／−４５／（３０）3／（−３０）3／
４５／（−３０）4］の配置のものの断面を示す。
積層材のどこに導入したかによって相違する。図１に示
す実施例においては、最外層のプリプレグに導入してい
る［−４５／（３０）7／（−３０）7／４５と表す。］
が、導入位置による効果の差は図４、図５に示す。すな
わち、図４ａは上記［−４５／（３０）7／（−３０）7
／４５］の配置のもの、同図ｂは［（３０）3／−４５
／（３０）4／（−３０）4／４５／（−３０）3］の配
置のもの（すなわち、θ＝４５°のプリプレグが外層側
から数えて第４層に導入されたもの 以下同様）、同図
ｃは［（３０）4／−４５／（３０）3／（−３０）3／
４５／（−３０）4］の配置のものの断面を示す。
【０００９】図５は、上記配置による効果の差違を示す
グラフであり、縦軸は熱負荷及び遠心力負荷に応じての
積層材のねじれ量を縦軸に、横軸には繊維強化方向が４
５°のプリプレグの位置を示している。０は４５°のプ
リプレグを導入しない、すなわち３０°のものだけで製
作された積層材を、１〜８は［（３０）7-X／−４５／
（３０）X／（−３０）X／４５／（−３０）7-X］の配
置におけるｘ＝０〜７を示している。すなわち、［−４
５／（３０）7／（−３０）7／４５］の配置のものは、
遠心力負荷による十分な変形を生じながら、製造時の熱
負荷による変形を殆ど抑えていることが明らかである。
グラフであり、縦軸は熱負荷及び遠心力負荷に応じての
積層材のねじれ量を縦軸に、横軸には繊維強化方向が４
５°のプリプレグの位置を示している。０は４５°のプ
リプレグを導入しない、すなわち３０°のものだけで製
作された積層材を、１〜８は［（３０）7-X／−４５／
（３０）X／（−３０）X／４５／（−３０）7-X］の配
置におけるｘ＝０〜７を示している。すなわち、［−４
５／（３０）7／（−３０）7／４５］の配置のものは、
遠心力負荷による十分な変形を生じながら、製造時の熱
負荷による変形を殆ど抑えていることが明らかである。
【００１０】上記実施例の説明においては、遠心力負荷
による十分な変形を生じながら、製造時の熱負荷による
変形を殆ど抑える積層材を例として説明したが、本発明
によれば、この実施例に限られることなく、意識的に製
造時の熱負荷による変形を残すもの、逆に引っ張り力負
荷による変形を防ぎながら熱負荷による変形を高めるも
の、など、繊維強化方向の選択と逆配向層の導入位置の
選択で、種々の特性をもつ積層材を製造することが可能
である。
による十分な変形を生じながら、製造時の熱負荷による
変形を殆ど抑える積層材を例として説明したが、本発明
によれば、この実施例に限られることなく、意識的に製
造時の熱負荷による変形を残すもの、逆に引っ張り力負
荷による変形を防ぎながら熱負荷による変形を高めるも
の、など、繊維強化方向の選択と逆配向層の導入位置の
選択で、種々の特性をもつ積層材を製造することが可能
である。
【００１１】上記の実施例においては、プリプレグの積
層数を１６としたが、使用目的に応じて積層数を適宜選
択することは当然であり、その繊維強化方向も、±５°
程度まではその効果はほぼ変化がないことも言うまでも
ない。
層数を１６としたが、使用目的に応じて積層数を適宜選
択することは当然であり、その繊維強化方向も、±５°
程度まではその効果はほぼ変化がないことも言うまでも
ない。
【００１２】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、熱およ
び外力による変形を制御できる機能性複合材料の製作が
可能になる。例えば、流体機械の圧縮機等の動翼を回転
数に応じた翼ねじれ角度を起こさせ、安定作動を確保す
ると共に、空気力学的効率を遷移状態でも上げることが
出来る。しかも効率を上げるための複雑な機構を省略で
き、エンジンおよび流体機械等の高性能化および軽量化
が可能となる等、広い用途において、従来に例を見ない
利用が可能な発明である。
び外力による変形を制御できる機能性複合材料の製作が
可能になる。例えば、流体機械の圧縮機等の動翼を回転
数に応じた翼ねじれ角度を起こさせ、安定作動を確保す
ると共に、空気力学的効率を遷移状態でも上げることが
出来る。しかも効率を上げるための複雑な機構を省略で
き、エンジンおよび流体機械等の高性能化および軽量化
が可能となる等、広い用途において、従来に例を見ない
利用が可能な発明である。
【図１】本発明の積層複合材料の構成を示す概念図であ
る。
る。
【図２】従来の積層複合材料の構成を示す概念図であ
る。
る。
【図３】上記従来の積層複合材料の熱、遠心力負荷によ
る変形を示すグラフである。
る変形を示すグラフである。
【図４】本発明の積層複合材料の構成の１例を示す断面
図である。
図である。
【図５】図４に示す積層複合材料の熱、遠心力負荷によ
る変形を示すグラフである。
る変形を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 周 風華 東京都調布市深大寺東町７丁目44番地１ 航空宇宙技術研究所内 Ｆターム(参考） 2B019 AB14 AB15 4F100 BA02 BA08 BA14 BA22 DH01A DH01B GB51
Claims (4)
- 【請求項１】 繊維強化プリプレグを、繊維方向を揃え
て積層した積層材において、その中心面に対して、強化
繊維方向が反対称に積層され、かつ、その中に繊維配向
方向が異なる層を含むことを特徴とする積層複合材料 - 【請求項２】 上記繊維配向方向が異なる層が、積層材
の両面に配置されていることを特徴とする請求項１の積
層複合材料 - 【請求項３】 上記積層材の本体は、積層体に対して３
０°方向に延びる強化繊維を有し、上記配向方向が異な
る強化繊維は４５°方向に延びることを特徴とする請求
項１あるいは請求項２の積層複合材料 - 【請求項４】 上記４５°方向の強化繊維を有するプリ
プレグは、積層体の最外側に配置されることを特徴とす
る請求項３の積層複合材料
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001110799A JP2002307590A (ja) | 2001-04-10 | 2001-04-10 | 積層複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001110799A JP2002307590A (ja) | 2001-04-10 | 2001-04-10 | 積層複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002307590A true JP2002307590A (ja) | 2002-10-23 |
Family
ID=18962501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001110799A Pending JP2002307590A (ja) | 2001-04-10 | 2001-04-10 | 積層複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002307590A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011130759A (ja) * | 2009-11-26 | 2011-07-07 | Globeride Inc | 釣糸ガイド |
| US9302445B2 (en) | 2011-07-27 | 2016-04-05 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | Fiber-reinforced composite material |
-
2001
- 2001-04-10 JP JP2001110799A patent/JP2002307590A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011130759A (ja) * | 2009-11-26 | 2011-07-07 | Globeride Inc | 釣糸ガイド |
| US9302445B2 (en) | 2011-07-27 | 2016-04-05 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | Fiber-reinforced composite material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5269658A (en) | Composite blade with partial length spar | |
| JP5788556B2 (ja) | 薄肉プライラミネート | |
| US5127802A (en) | Reinforced full-spar composite rotor blade | |
| JP2000343476A (ja) | 搬送用部材 | |
| EP2943336B1 (en) | Triaxial fiber-reinforced composite laminate | |
| US7160607B2 (en) | Laminate damping base material, and damping structure with stack of this base material | |
| US20110052408A1 (en) | Swept blades utilizing asymmetric double biased fabrics | |
| JPH09507443A (ja) | 熱伝導性の非金属ハニカム及びプロセス | |
| JP2002137307A (ja) | 繊維強化樹脂製風車ブレード構造体 | |
| JP3317619B2 (ja) | テーパ付き中空シャフト | |
| WO2000064668A1 (fr) | Materiau composite a base de resine renforcee par des fibres, et possedant un coefficient reduit d'expansion lineaire | |
| JP2002307590A (ja) | 積層複合材料 | |
| JP3899858B2 (ja) | 飛しょう体用レドーム | |
| JPH03227616A (ja) | パイプ状構造物 | |
| JP3296970B2 (ja) | テーパ付き中空シャフト | |
| JP2554821B2 (ja) | 炭素繊維強化樹脂複合材料とその製造方法 | |
| JP3666613B2 (ja) | テーパ付き中空シャフト | |
| JP5002922B2 (ja) | アーム状応力伝達部材 | |
| JPH11314598A (ja) | 強化プラスチック製プロペラ | |
| JP2001082102A (ja) | 自動形状調整機能を有する回転翼 | |
| JP2002126141A (ja) | ゴルフクラブ用シャフト | |
| KR20200072537A (ko) | 회전 기계 | |
| JPH02196104A (ja) | 繊維強化セラミックタービン翼 | |
| JP4353599B2 (ja) | 回転体 | |
| JP3890384B2 (ja) | Ｃ／ｃ高速回転体及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040608 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20040809 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040809 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20040809 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050920 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060110 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20060516 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |