JP2004155157A - 複合材継手 - Google Patents
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Abstract
【課題】重量を軽減することができる複合材継手を提供すること。
【解決手段】隣り合った複数枚の複合材１０の境界部を覆って位置する結合板１２と、該結合板１２と前記各複合材１０とを固定する固定部材１３とを備えた複合材継手１１において、前記複合材１０の内部には、前記結合板１２に結合される領域において、チタン箔１５が設けられ、ニードルパンチングが施されている。
【選択図】 図１
【解決手段】隣り合った複数枚の複合材１０の境界部を覆って位置する結合板１２と、該結合板１２と前記各複合材１０とを固定する固定部材１３とを備えた複合材継手１１において、前記複合材１０の内部には、前記結合板１２に結合される領域において、チタン箔１５が設けられ、ニードルパンチングが施されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合材と複合材とをつなぐ場合に用いられる複合材継手の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
飛行機のボディを構成する材質として、樹脂を含浸したカーボン繊維を多数積層し、同時加熱硬化することで一体成型した複合材（炭素繊維強化プラスチック、ＣＦＲＰ）を用いる場合がある。ＣＦＲＰは、引張・圧縮等の力学特性がアルミニウム合金に比べて優れているという特徴を有する。
この複合材を実際に使用する場合、図４のように適宜の大きさの部材を継手でつないで用いる。図４は飛行機の翼体の概略構成であって、符号１，１は複合材、２は複合材１，１をつなぐ継手である。
継手２を拡大した図を図５に示した。継手２は、隣り合った複数枚の複合材１，１の境界部を覆って位置する結合板３と、該結合板３と前記各複合材１とを固定する固定部材４とを備えている。結合板３の素材は複合材に限らず、金属が用いられる場合もある。図５の例では金属を用いている。固定部材４はボルトやリベットなどのファスナであり、結合板３及び複合材１に設けられた孔に貫通させ、結合板３及び複合材１を両側面から締め付ける。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１９３２９６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
複合材は材質の特徴として引っ張り／圧縮等の特性はアルミニウム合金に比べて高強度であるが、面圧強度は弱い。そのため、図６の複合材１’の例のように厚さが不十分である場合、固定部材４を挿入する孔６の周囲７が固定部材４から局所的に加えられる荷重によって破壊され、圧潰してしまう。この損傷を防止するため、図５のように、複合材１の結合部５において板厚を厚くし、十分な面圧強度が得られるようにしている。
しかし、このような継手部は機体の至る所に存在するため、複合材を厚くすることによって機体全体で重量増加を招いてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、重量を軽減することができる複合材継手を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、樹脂を含浸した繊維を積層して成形した複合材を複数枚つなぎ合わせる継手であって、隣り合った前記複数枚の複合材の境界部を覆って位置する結合板と、該結合板と前記各複合材とを固定する固定部材とを備えた複合材継手において、前記複合材の内部であって前記結合板に結合される領域には、前記繊維に挟まれて金属箔が設けられ、前記金属箔と該金属箔を挟む前記繊維の層とに対してニードルパンチングが施されていることを特徴とする。
【０００７】
金属箔は複合材よりも面圧強度が高いため、金属箔が挿入されている複合材の継手部分において面圧強度が向上する。さらに、固定部材の周囲で生ずる微小欠陥の進展が金属箔によって防がれる。
【０００８】
複合材は積層した繊維の板厚方向の力に対して比較的弱いため、複合材と金属箔との界面においてもはがれが発生する可能性がある。このため、ニードルパンチングによって金属箔と繊維との結合を補強する。
具体的には、ウェブ内の金属箔およびこの金属箔を挟む繊維に対してニードルを打ち込み、金属箔に穿った小孔を通じて両側の繊維どうしを絡ませることで繊維と金属箔との結合力を高め、金属箔が複合材のはがれ要因となることを防止する。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の複合材継手において、前記結合板は樹脂を含浸した繊維を積層して成形され、該結合板内部に、前記繊維に挟まれて金属箔が設けられ、前記金属箔と該金属箔を挟む前記繊維の層とに対してニードルパンチングが施されていることを特徴とする。
【００１０】
この発明においては、結合板も複合材により形成されている場合に、繊維の間に金属箔を挟むことで、厚くなくとも十分な面圧強度を得ることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれかに記載の複合材継手において、前記金属箔はチタン箔であることを特徴とする。
【００１２】
純チタンは他の材質よりも複合材との親和性が高く、腐食に強いという利点がある。したがって本発明においては金属箔としてチタン箔を用いることで、腐食を防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本実施形態に係る複合材継手を示した図である。図において、符号１０は隣り合って位置した複合材、符号１１はこれら複合材１０，１０をつなぐ継手である。継手１１は、隣り合った複数枚の複合材１０，１０の境界部を覆って位置する結合板１２と、該結合板１２と前記各複合材１０とを固定する固定部材１３とを備えている。結合板１２の素材は複合材に限らず、金属が用いられる場合もある。本例では金属を用いている。固定部材１３はボルトやリベットなどのファスナであり、結合板１２及び複合材１０に設けられた孔（図示省略）に貫通させ、結合板１２及び複合材１０を両側面から締め付ける。
【００１４】
さらに、継手１１は、複合材１０の内部であって結合板１２に結合される領域５において、チタン箔１５を備えている。チタン箔１５は、複合材１０を構成するカーボン繊維に挟まれた状態で位置している。
図２に継手１１に結合される複合材１０の領域５の断面について示した。図において、符号１６は複合材１０を構成するカーボン繊維の層である。図のようにチタン箔１５はカーボン繊維１６に挟まれた状態でカーボン繊維１６と接着されている。
ここで、複合材１０は積層したカーボン繊維１６の板厚方向の力に対して比較的弱いため、カーボン繊維１６とチタン箔１５との界面においてもはがれが発生する可能性がある。このため、ニードルパンチング１７によってチタン箔１５とカーボン繊維１６との結合が補強されている。
【００１５】
このように構成されていることにより、本実施形態の複合材継手は以下の作用を有する。
複合材１０の内部にはチタン箔１５が挟まれている。これにより、結合板１２に結合される領域５における複合材１０の面圧強度が向上する。このため、複合材１０が薄くとも、固定部材１３から受ける荷重に耐え、孔周囲の圧潰を防止することができる。したがって、複合材１０の厚さを厚くする必要がなく重量の軽減を実現することができる。
さらに、複合材１０は固定部材１３によってこじり力や締め付け力を受け、固定部材１３の周囲で微小な欠陥が発生する場合がある。しかし、このようにチタン箔１５を挟むことで、固定部材１３の周囲で生ずる微小欠陥の進展がチタン箔１５によって防がれる。したがって、固定部材１３の締め付け力やこじり力に対して強い構造とすることができる。
【００１６】
チタン箔１５とカーボン繊維１６とは接着強度だけではなくニードルパンチングにより補強されているため、接着界面での剥がれの抑制、樹脂の浸透性の改善の効果を得ることができる。
【００１７】
なお、チタン箔１５にかえてチタン合金や他の金属の箔を採用することができるが、純チタンは他の材質よりも複合材との親和性が高く、腐食に強いという点で優れた効果を得ることができる。
また、本例においては結合板１２を金属製としたが、結合板を複合材により構成してもよい。この場合、図３の結合板１２’のように、内部にチタン箔１８を挟む。これにより、上記複合材１０と同様に厚くなくとも十分な面圧強度を得ることができる。さらに上記の複合材１０と同様にニードルパンチングを施すことで接着界面の剥がれの抑制、樹脂の浸透性の改善という効果を得ることができるのは言うまでもない。
さらにまた、上記の例では複合材１０を構成する繊維としてカーボン繊維を用いているが、他の材質の繊維を用いた複合材であっても良い。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては以下の効果を得ることができる。
請求項１に記載の発明によれば、複合材に金属箔が挟まれていることにより、結合板に結合される領域における面圧強度が向上する。したがって、複合材の厚さを厚くする必要がなく、重量の軽減を実現することができる。また、金属箔と繊維とがニードルパンチングにより補強されているため、接着界面での剥がれの抑制、樹脂の浸透性の改善の効果を得ることができる。
請求項２に記載の発明によれば、結合板も複合材により形成されている場合に、間に金属箔を挟み、ニードルパンチングを施すことで厚くなくとも十分な面圧強度を得ることができる。
請求項３に記載の発明によれば、金属箔としてチタン箔を採用することにより、腐食を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての複合材継手を示した図である。
【図２】複合材について、結合板に結合される領域を示した断面図であり、ニードルパンチングの状態について示した図である。
【図３】変形例としてチタン箔が挟まれた結合板を備えた複合材継手を示した図である。
【図４】複数の複合材を継手によってつないだ状態について示した翼体の概略図である。
【図５】従来の複合材継手について示した図である。
【図６】複合材が薄い場合の孔周囲の損傷を示した図である。
【符号の説明】
１０ 複合材
１１ 複合材継手
１２ 結合板
１３ 固定部材
１５ チタン箔
１６ カーボン繊維
１７ ニードルパンチング
１８ チタン箔
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合材と複合材とをつなぐ場合に用いられる複合材継手の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
飛行機のボディを構成する材質として、樹脂を含浸したカーボン繊維を多数積層し、同時加熱硬化することで一体成型した複合材（炭素繊維強化プラスチック、ＣＦＲＰ）を用いる場合がある。ＣＦＲＰは、引張・圧縮等の力学特性がアルミニウム合金に比べて優れているという特徴を有する。
この複合材を実際に使用する場合、図４のように適宜の大きさの部材を継手でつないで用いる。図４は飛行機の翼体の概略構成であって、符号１，１は複合材、２は複合材１，１をつなぐ継手である。
継手２を拡大した図を図５に示した。継手２は、隣り合った複数枚の複合材１，１の境界部を覆って位置する結合板３と、該結合板３と前記各複合材１とを固定する固定部材４とを備えている。結合板３の素材は複合材に限らず、金属が用いられる場合もある。図５の例では金属を用いている。固定部材４はボルトやリベットなどのファスナであり、結合板３及び複合材１に設けられた孔に貫通させ、結合板３及び複合材１を両側面から締め付ける。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１９３２９６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
複合材は材質の特徴として引っ張り／圧縮等の特性はアルミニウム合金に比べて高強度であるが、面圧強度は弱い。そのため、図６の複合材１’の例のように厚さが不十分である場合、固定部材４を挿入する孔６の周囲７が固定部材４から局所的に加えられる荷重によって破壊され、圧潰してしまう。この損傷を防止するため、図５のように、複合材１の結合部５において板厚を厚くし、十分な面圧強度が得られるようにしている。
しかし、このような継手部は機体の至る所に存在するため、複合材を厚くすることによって機体全体で重量増加を招いてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、重量を軽減することができる複合材継手を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、樹脂を含浸した繊維を積層して成形した複合材を複数枚つなぎ合わせる継手であって、隣り合った前記複数枚の複合材の境界部を覆って位置する結合板と、該結合板と前記各複合材とを固定する固定部材とを備えた複合材継手において、前記複合材の内部であって前記結合板に結合される領域には、前記繊維に挟まれて金属箔が設けられ、前記金属箔と該金属箔を挟む前記繊維の層とに対してニードルパンチングが施されていることを特徴とする。
【０００７】
金属箔は複合材よりも面圧強度が高いため、金属箔が挿入されている複合材の継手部分において面圧強度が向上する。さらに、固定部材の周囲で生ずる微小欠陥の進展が金属箔によって防がれる。
【０００８】
複合材は積層した繊維の板厚方向の力に対して比較的弱いため、複合材と金属箔との界面においてもはがれが発生する可能性がある。このため、ニードルパンチングによって金属箔と繊維との結合を補強する。
具体的には、ウェブ内の金属箔およびこの金属箔を挟む繊維に対してニードルを打ち込み、金属箔に穿った小孔を通じて両側の繊維どうしを絡ませることで繊維と金属箔との結合力を高め、金属箔が複合材のはがれ要因となることを防止する。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の複合材継手において、前記結合板は樹脂を含浸した繊維を積層して成形され、該結合板内部に、前記繊維に挟まれて金属箔が設けられ、前記金属箔と該金属箔を挟む前記繊維の層とに対してニードルパンチングが施されていることを特徴とする。
【００１０】
この発明においては、結合板も複合材により形成されている場合に、繊維の間に金属箔を挟むことで、厚くなくとも十分な面圧強度を得ることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれかに記載の複合材継手において、前記金属箔はチタン箔であることを特徴とする。
【００１２】
純チタンは他の材質よりも複合材との親和性が高く、腐食に強いという利点がある。したがって本発明においては金属箔としてチタン箔を用いることで、腐食を防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本実施形態に係る複合材継手を示した図である。図において、符号１０は隣り合って位置した複合材、符号１１はこれら複合材１０，１０をつなぐ継手である。継手１１は、隣り合った複数枚の複合材１０，１０の境界部を覆って位置する結合板１２と、該結合板１２と前記各複合材１０とを固定する固定部材１３とを備えている。結合板１２の素材は複合材に限らず、金属が用いられる場合もある。本例では金属を用いている。固定部材１３はボルトやリベットなどのファスナであり、結合板１２及び複合材１０に設けられた孔（図示省略）に貫通させ、結合板１２及び複合材１０を両側面から締め付ける。
【００１４】
さらに、継手１１は、複合材１０の内部であって結合板１２に結合される領域５において、チタン箔１５を備えている。チタン箔１５は、複合材１０を構成するカーボン繊維に挟まれた状態で位置している。
図２に継手１１に結合される複合材１０の領域５の断面について示した。図において、符号１６は複合材１０を構成するカーボン繊維の層である。図のようにチタン箔１５はカーボン繊維１６に挟まれた状態でカーボン繊維１６と接着されている。
ここで、複合材１０は積層したカーボン繊維１６の板厚方向の力に対して比較的弱いため、カーボン繊維１６とチタン箔１５との界面においてもはがれが発生する可能性がある。このため、ニードルパンチング１７によってチタン箔１５とカーボン繊維１６との結合が補強されている。
【００１５】
このように構成されていることにより、本実施形態の複合材継手は以下の作用を有する。
複合材１０の内部にはチタン箔１５が挟まれている。これにより、結合板１２に結合される領域５における複合材１０の面圧強度が向上する。このため、複合材１０が薄くとも、固定部材１３から受ける荷重に耐え、孔周囲の圧潰を防止することができる。したがって、複合材１０の厚さを厚くする必要がなく重量の軽減を実現することができる。
さらに、複合材１０は固定部材１３によってこじり力や締め付け力を受け、固定部材１３の周囲で微小な欠陥が発生する場合がある。しかし、このようにチタン箔１５を挟むことで、固定部材１３の周囲で生ずる微小欠陥の進展がチタン箔１５によって防がれる。したがって、固定部材１３の締め付け力やこじり力に対して強い構造とすることができる。
【００１６】
チタン箔１５とカーボン繊維１６とは接着強度だけではなくニードルパンチングにより補強されているため、接着界面での剥がれの抑制、樹脂の浸透性の改善の効果を得ることができる。
【００１７】
なお、チタン箔１５にかえてチタン合金や他の金属の箔を採用することができるが、純チタンは他の材質よりも複合材との親和性が高く、腐食に強いという点で優れた効果を得ることができる。
また、本例においては結合板１２を金属製としたが、結合板を複合材により構成してもよい。この場合、図３の結合板１２’のように、内部にチタン箔１８を挟む。これにより、上記複合材１０と同様に厚くなくとも十分な面圧強度を得ることができる。さらに上記の複合材１０と同様にニードルパンチングを施すことで接着界面の剥がれの抑制、樹脂の浸透性の改善という効果を得ることができるのは言うまでもない。
さらにまた、上記の例では複合材１０を構成する繊維としてカーボン繊維を用いているが、他の材質の繊維を用いた複合材であっても良い。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては以下の効果を得ることができる。
請求項１に記載の発明によれば、複合材に金属箔が挟まれていることにより、結合板に結合される領域における面圧強度が向上する。したがって、複合材の厚さを厚くする必要がなく、重量の軽減を実現することができる。また、金属箔と繊維とがニードルパンチングにより補強されているため、接着界面での剥がれの抑制、樹脂の浸透性の改善の効果を得ることができる。
請求項２に記載の発明によれば、結合板も複合材により形成されている場合に、間に金属箔を挟み、ニードルパンチングを施すことで厚くなくとも十分な面圧強度を得ることができる。
請求項３に記載の発明によれば、金属箔としてチタン箔を採用することにより、腐食を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての複合材継手を示した図である。
【図２】複合材について、結合板に結合される領域を示した断面図であり、ニードルパンチングの状態について示した図である。
【図３】変形例としてチタン箔が挟まれた結合板を備えた複合材継手を示した図である。
【図４】複数の複合材を継手によってつないだ状態について示した翼体の概略図である。
【図５】従来の複合材継手について示した図である。
【図６】複合材が薄い場合の孔周囲の損傷を示した図である。
【符号の説明】
１０ 複合材
１１ 複合材継手
１２ 結合板
１３ 固定部材
１５ チタン箔
１６ カーボン繊維
１７ ニードルパンチング
１８ チタン箔
Claims (3)
- 樹脂を含浸した繊維を積層して成形した複合材を複数枚つなぎ合わせる継手であって、隣り合った前記複数枚の複合材の境界部を覆って位置する結合板と、該結合板と前記各複合材とを固定する固定部材とを備えた複合材継手において、
前記複合材の内部であって前記結合板に結合される領域には、前記繊維に挟まれて金属箔が設けられ、前記金属箔と該金属箔を挟む前記繊維の層とに対してニードルパンチングが施されていることを特徴とする複合材継手。 - 請求項１に記載の複合材継手において、
前記結合板は樹脂を含浸した繊維を積層して成形され、該結合板内部に、前記繊維に挟まれて金属箔が設けられ、前記金属箔と該金属箔を挟む前記繊維の層とに対してニードルパンチングが施されていることを特徴とする複合材継手。 - 請求項１または２のいずれかに記載の複合材継手において、前記金属箔はチタン箔であることを特徴とする複合材継手。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002325326A JP2004155157A (ja) | 2002-11-08 | 2002-11-08 | 複合材継手 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002325326A JP2004155157A (ja) | 2002-11-08 | 2002-11-08 | 複合材継手 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004155157A true JP2004155157A (ja) | 2004-06-03 |
Family
ID=32804593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002325326A Withdrawn JP2004155157A (ja) | 2002-11-08 | 2002-11-08 | 複合材継手 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004155157A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012105415A1 (ja) * | 2011-02-04 | 2012-08-09 | 三菱重工業株式会社 | 複合材構造体、これを備えた航空機主翼および航空機胴体 |
| DE102013109000A1 (de) | 2013-08-20 | 2015-02-26 | Ejot Gmbh & Co. Kg | Verfahren zur Verbindung eines Bauteilverbundes aus wenigstens zwei Faserverbundwerkstoffbauteilen |
| US10323667B2 (en) | 2016-03-15 | 2019-06-18 | Hyundai Motor Company | Composite product with junction structure |
| CN110410388A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-11-05 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 一种加筋复合材料与金属材料的配合连接结构 |
| US11338899B2 (en) | 2018-04-05 | 2022-05-24 | The Boeing Company | Joint for a metal airplane skin using metal matrix composite |
-
2002
- 2002-11-08 JP JP2002325326A patent/JP2004155157A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012105415A1 (ja) * | 2011-02-04 | 2012-08-09 | 三菱重工業株式会社 | 複合材構造体、これを備えた航空機主翼および航空機胴体 |
| JP2012162147A (ja) * | 2011-02-04 | 2012-08-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 複合材構造体、これを備えた航空機主翼および航空機胴体 |
| CN103180207A (zh) * | 2011-02-04 | 2013-06-26 | 三菱重工业株式会社 | 复合材料构造体、具备该复合材料构造体的航空器主翼及航空器机身 |
| CN103180207B (zh) * | 2011-02-04 | 2015-10-14 | 三菱重工业株式会社 | 复合材料构造体、具备该复合材料构造体的航空器主翼及航空器机身 |
| US9751608B2 (en) | 2011-02-04 | 2017-09-05 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Composite material structure, and aircraft wing and aircraft fuselage provided therewith |
| DE102013109000A1 (de) | 2013-08-20 | 2015-02-26 | Ejot Gmbh & Co. Kg | Verfahren zur Verbindung eines Bauteilverbundes aus wenigstens zwei Faserverbundwerkstoffbauteilen |
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| CN110410388A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-11-05 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 一种加筋复合材料与金属材料的配合连接结构 |
| CN110410388B (zh) * | 2019-07-12 | 2024-03-08 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 一种加筋复合材料与金属材料的配合连接结构 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060110 |