JP2009034985A - Advanced grid structure - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an advanced grid structure having a high strength and a low thermal expansion characteristic. <P>SOLUTION: The advanced grid structure comprises, a first grid side group which extends in the same direction as that of a first tape prepreg group and constitutes one side of a grid group, a second grid side group which extends in the same direction with that of a second tape prepreg group and constitutes one side of a grip group, and a third grid side group which extends in the same direction as that of a third tape prepreg group and constitutes one side of a grid group, wherein a structure ratio obtained by dividing a grid side width by an interval between the central point of a region crossed at the second grid side group and the third grid side group and the central point of the region obtained by crossing the second grid side group nearest the region thus crossed with the central point of the region crossed at the third grid side group and the third grid side group is larger than 0 and 0.107 or less, and the tensile elastic modulus of the carbon fiber is 280 GPa or more and 330 GPa or less. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、金属よりも軽量で熱膨張係数の低い航空宇宙用の材料である炭素繊維強化プラスチックを用いる高強度且つ低熱膨張特性を備える先進グリッド構造体に関するものである。   The present invention relates to an advanced grid structure having high strength and low thermal expansion characteristics using carbon fiber reinforced plastic which is a material for aerospace which is lighter than metal and has a low thermal expansion coefficient.

近年、地球上の高解像度画像の需要の高まりに伴い、光学機器を搭載した小型衛星を低高度地球周回軌道に多数配備する計画が成されており、光学機器を搭載した小型衛星の開発が重要視されている。このような衛星には光学機器の観測精度を低下させないために熱的寸法安定性を備えた衛星構造体が要求される。また、小型の衛星構造体は高剛性であることが求められる中型および大型の衛星構造体とは異なり、高強度であることが求められる。   In recent years, with the increasing demand for high-resolution images on the earth, there are plans to deploy a large number of small satellites equipped with optical equipment in low-orbit earth orbit, and the development of small satellites equipped with optical equipment is important. Is being viewed. Such a satellite is required to have a satellite structure having thermal dimensional stability in order not to deteriorate the observation accuracy of the optical equipment. In addition, small satellite structures are required to have high strength, unlike medium and large satellite structures that are required to have high rigidity.

熱的寸法安定性を備える衛星構造体として、複合4角形格子を有する低熱膨張構造体が提案されている。複合4角形格子の低熱膨張構体は、四角形チューブとスロットが設けられたロッドとを複合することにより構成されている。四角形チューブは、炭素繊維強化プラスチックの炭素繊維の走る方向と、炭素繊維の走る方向に直交する方向とで熱膨張係数が異なる性質を利用し、熱膨張係数がゼロ近くになるように炭素繊維の配向角を調整して形成されている。また、ロッドには、炭素繊維強化プラスチック製の第1のロッドと炭素繊維強化プラスチック製の第2のロッドがあり、それぞれ嵌合する位置にスリットが設けられている。そして、低熱膨張構造体は、第1のロッドと第2のロッドとが直交するよう配置しスリットで嵌合して組み立て、ロッドの側面により囲まれた内側に四角形チューブを嵌め込んで構成されている。このようにして、構造体全体の熱膨張係数に関してもゼロに近い値を持つ構造体を実現している(例えば、非特許文献1参照)。   As a satellite structure having thermal dimensional stability, a low thermal expansion structure having a composite square lattice has been proposed. The low thermal expansion structure of a composite quadrangular lattice is configured by combining a square tube and a rod provided with a slot. The square tube utilizes the property that the coefficient of thermal expansion differs between the direction in which the carbon fiber of the carbon fiber reinforced plastic runs and the direction perpendicular to the direction in which the carbon fiber runs, so that the carbon fiber has a coefficient of thermal expansion close to zero. It is formed by adjusting the orientation angle. Further, the rod includes a first rod made of carbon fiber reinforced plastic and a second rod made of carbon fiber reinforced plastic, and slits are provided at positions where they are fitted. The low thermal expansion structure is configured such that the first rod and the second rod are arranged so as to be orthogonal to each other and assembled by fitting with a slit, and a rectangular tube is fitted into the inner side surrounded by the side surface of the rod. Yes. In this way, a structure having a value close to zero with respect to the thermal expansion coefficient of the entire structure is realized (for example, see Non-Patent Document 1).

K.J.Yoon著、外3名、「COMPOSITE GRID STRUCTURE WITH NEAR−ZERO THERMALLY INDUCED DEFLECTION」、41st AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures,Structural Dynamics, and Materials Conference and Exhibit、2000年、4月、AIAA−200−1476、pp.971−976K. J. et al. Yoon, 3 others, "COMPOSITE GRID STRUCTURE WITH NEAR-ZERO THERMAL INDUCED 2000, DEFECT DEFECTION, 41st AIAA / ASME / ASCE / AHS / AHS / Astr Structure, 41st AIAA / ASME / ASCE / AHS / Astr Structure. -1476, pp. 971-976

しかし、上述の低熱膨張構造体では熱膨張係数を−1.0ppm/Kから1.0ppm/Kの範囲にすることができるが、ロッドがスリットで嵌合され接着されているため、構造体の強度が接着部での40MPa程度の低い引張強度により制約されて低下してしまう問題がある。
そこで、引張弾性率が280GPa以上且つ330GPa以下の炭素繊維を用いて、従来の擬似等方積層構造体を構成すれば、引張強度が4600MPa以上の高強度な構造体を実現することができるが、熱膨張係数が1.1ppm/K以上となってしまう。
However, in the above-described low thermal expansion structure, the thermal expansion coefficient can be in the range of -1.0 ppm / K to 1.0 ppm / K. However, since the rod is fitted and bonded by the slit, There is a problem that the strength is limited due to the low tensile strength of about 40 MPa at the bonded portion and is lowered.
Therefore, if a conventional pseudo-isotropic laminated structure is configured using carbon fibers having a tensile modulus of 280 GPa or more and 330 GPa or less, a high-strength structure having a tensile strength of 4600 MPa or more can be realized. A thermal expansion coefficient will be 1.1 ppm / K or more.

一般に、炭素繊維は負の熱膨張係数を有し、樹脂は正の熱膨張係数を有するため、炭素繊維の一方向積層構造である炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維方向に負の熱膨張係数を有するが、擬似等方積層構造にすると正の熱膨張係数を有する。
また、炭素繊維の弾性率と熱膨張係数との間には反比例の関係があり、また弾性率と強度との間にも反比例の関係があるため、結果的に炭素繊維の強度と熱膨張係数は比例関係となり、高強度な炭素繊維を用いた擬似等方積層構造体は熱膨張係数を零付近にすることはできない。このため、この構造も光学機器を搭載する衛星構造体としては、熱的寸法安定性の面から適さないという問題がある。
また、これまでの地球観測衛星は中型及び大型であったため、高剛性且つ低熱膨張特性を有する衛星構造体が求められていたので、高強度且つ低熱膨張特性を有する衛星構造体を開発するという課題に想到していなかったという事情がある。
In general, carbon fiber has a negative coefficient of thermal expansion and resin has a positive coefficient of thermal expansion. Therefore, carbon fiber reinforced plastic, which is a unidirectional laminated structure of carbon fiber, has a negative coefficient of thermal expansion in the direction of carbon fiber. However, the pseudo-isotropic laminated structure has a positive thermal expansion coefficient.
In addition, there is an inversely proportional relationship between the elastic modulus and the thermal expansion coefficient of carbon fiber, and there is also an inversely proportional relationship between the elastic modulus and strength, resulting in the strength and thermal expansion coefficient of carbon fiber. Is a proportional relationship, and the pseudo-isotropic laminated structure using high-strength carbon fibers cannot have a coefficient of thermal expansion close to zero. For this reason, this structure also has a problem that it is not suitable as a satellite structure on which optical equipment is mounted from the viewpoint of thermal dimensional stability.
Also, since the earth observation satellites so far were medium and large, a satellite structure having high rigidity and low thermal expansion characteristics was required. Therefore, a problem of developing a satellite structure having high strength and low thermal expansion characteristics was required. There was a situation that was not conceived.

この発明の目的は、高強度且つ低熱膨張特性を有する先進グリッド構造体を提供することである。   An object of the present invention is to provide an advanced grid structure having high strength and low thermal expansion characteristics.

この発明に係る先進グリッド構造体は、第一の方向に等間隔に並べられた炭素繊維が長尺方向に配向された第一のテーププリプレグ群、上記第一の方向に対して反時計方向に60度傾斜した第二の方向に等間隔に並べられた炭素繊維が長尺方向に配向された第二のテーププリプレグ群、および上記第一の方向に対して時計方向に60度傾斜した第三の方向に等間隔に並べられた炭素繊維が長尺方向に配向された第三のテーププリプレグ群が、互いに2つのテーププリプレグ群が重なるようにそれぞれ順に繰り返し積層され、加圧下で加熱されることにより成形された先進グリッド構造体において、上記第一のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第一のグリッドサイド群、上記第二のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第二のグリッドサイド群、および上記第三のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第三のグリッドサイド群の中で、上記第二のグリッドサイド群と上記第三のグリッドサイド群とが交差する領域の中心点と当該交差する領域に最近接の上記第二のグリッドサイド群と上記第三のグリッドサイド群とが交差する領域の中心点との間隔でグリッドサイド幅を除算して得られる構造比が0より大きく且つ0.107以下であるとともに上記炭素繊維の引張弾性率が280GPa以上且つ330GPa以下である。   The advanced grid structure according to the present invention is a first tape prepreg group in which carbon fibers arranged at equal intervals in the first direction are oriented in the longitudinal direction, and counterclockwise with respect to the first direction. A second tape prepreg group in which carbon fibers arranged at equal intervals in a second direction inclined by 60 degrees are oriented in the longitudinal direction, and a third inclined by 60 degrees clockwise with respect to the first direction. The third tape prepreg group in which the carbon fibers arranged at equal intervals in the direction of are oriented in the longitudinal direction are repeatedly laminated in order so that the two tape prepreg groups overlap each other, and heated under pressure. In the advanced grid structure formed by the first tape prepreg group, the first grid side group that is in the same direction as the first tape prepreg group and constitutes one side of the grid group, the second tape prepreg group, and The second grid side group that is a direction and constitutes one side of the grid group, and the third grid side group that is the same direction as the third tape prepreg group and constitutes one side of the grid group, The second grid side group and the third grid side group that are closest to the center point of the area where the second grid side group and the third grid side group intersect and the intersecting area intersect. The structural ratio obtained by dividing the grid side width by the distance from the center point of the region is greater than 0 and 0.107 or less, and the tensile modulus of the carbon fiber is 280 GPa or more and 330 GPa or less.

この発明に係る先進グリッド構造体は、炭素繊維が一方向に配向されるグリッドサイドを等間隔に並べる3つのサイド群を有し、3つのサイド群のうちの第一のサイド群を基準に残りの第二のサイド群と第三のサイド群がそれぞれ時計方向と反時計方向に60度傾斜して交わるため、グリッドサイドの交差しない部分である炭素繊維の一方向積層部分と、そのグリッドサイド群が交差する領域部分とから構成され、グリッドサイド群の交差領域部分が擬似等方積層構造に近い特性を有する構造となり、さらにグリッド構造体中の正三角形のグリッド群の割合が増えるほどグリッド構造体の特性が擬似等方積層構造の特性に近づくので、高強度且つ低熱膨張特性を有するという効果を奏する。   The advanced grid structure according to the present invention has three side groups in which grid sides on which carbon fibers are oriented in one direction are arranged at equal intervals, and remains based on the first side group of the three side groups. Since the second side group and the third side group intersect with each other at an angle of 60 degrees in the clockwise direction and the counterclockwise direction, the unidirectionally laminated portion of the carbon fiber which is the portion where the grid side does not intersect, and the grid side group The grid area structure has a structure in which the cross area part of the grid side group has characteristics close to a quasi-isotropic stacked structure, and the proportion of equilateral triangle grid groups in the grid structure increases. Since this characteristic approaches that of the pseudo-isotropic laminated structure, there is an effect of having high strength and low thermal expansion characteristics.

実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体の一例の正面図である。図2は、この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体の他の例の正面図である。
この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体は、炭素繊維に樹脂を含侵させた後に半硬化させて作ったプリプレグを使用し、長尺方向に向くように炭素繊維を配向させて繊維強化されたエポキシ樹脂のプリプレグからなる帯状のテーププリプレグを積層し、加圧下で加熱することにより成形したトラス構造である。炭素繊維としては、高強度系であり、引張弾性率が280GPa以上且つ330GPa以下の東レ株式会社製トレカ(登録商標)糸T800HBを用いている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a front view of an example of an advanced grid structure according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a front view of another example of the advanced grid structure according to Embodiment 1 of the present invention.
The advanced grid structure according to Embodiment 1 of the present invention uses a prepreg made by impregnating a resin into carbon fibers and then semi-curing the fibers, and orienting the carbon fibers so as to face in the longitudinal direction. This is a truss structure formed by laminating strip-shaped tape prepregs made of reinforced epoxy resin prepregs and heating them under pressure. As the carbon fiber, TORAYCA (registered trademark) yarn T800HB manufactured by Toray Industries, Inc., which is a high-strength system and has a tensile elastic modulus of 280 GPa or more and 330 GPa or less, is used.

以下の説明において用いる語彙について説明する。
「グリッドサイド」とは、後で詳細に説明するが先進グリッド構造体に含まれる正三角形グリッドおよび六角形グリッドの辺を構成するものを意味する。
「テーププリプレグ」とは、まとめられた複数本の炭素繊維に樹脂を含浸させて作製された半硬化状態のテープ状のものである。
The vocabulary used in the following description will be described.
“Grid side” means what constitutes the sides of an equilateral triangular grid and a hexagonal grid included in the advanced grid structure, which will be described in detail later.
The “tape prepreg” is a semi-cured tape-like product produced by impregnating a resin into a plurality of collected carbon fibers.

この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体は、図1及び図2の図面上では長さ方向が紙面の上下方向に向き、長さ方向に直交する第一の方向に等間隔に並列に並べられた複数のグリッドサイド(以下、「0度方向グリッドサイド」と称す)1、0度方向グリッドサイド1に対して反時計方向に60度傾斜して交わるとともに等間隔に並列に並べられた複数のグリッドサイド(以下、「+60度方向グリッドサイド」と称す)2、0度方向グリッドサイド1に対して時計方向に60度傾斜して交わるとともに等間隔に並列に並べられた複数のグリッドサイド(以下、「−60度方向グリッドサイド」と称す)3を備える。なお、複数の0度方向グリッドサイド1を第一のグリッドサイド群、複数の+60度方向グリッドサイド2を第二のグリッドサイド群、複数の−60度方向グリッドサイド3を第三のグリッドサイド群と称す。   In the advanced grid structure according to Embodiment 1 of the present invention, in the drawings of FIG. 1 and FIG. 2, the length direction is in the vertical direction of the drawing, and is parallel to the first direction perpendicular to the length direction at equal intervals. A plurality of grid sides (hereinafter referred to as “0-degree direction grid sides”) 1 and 0-degree direction grid sides 1 intersect with each other at an angle of 60 degrees counterclockwise and are arranged in parallel at equal intervals. A plurality of grid sides (hereinafter referred to as “+60 degree direction grid side”) 2, a plurality of grids that are inclined at 60 degrees clockwise with respect to the 0 degree direction grid side 1 and arranged in parallel at equal intervals A side (hereinafter referred to as “−60 degree direction grid side”) 3 is provided. The plurality of 0 degree direction grid sides 1 are the first grid side group, the plurality of +60 degree direction grid sides 2 are the second grid side group, and the plurality of −60 degree direction grid sides 3 are the third grid side group. Called.

この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体では、0度方向グリッドサイド1、+60度方向グリッドサイド2、−60度方向グリッドサイド3により正三角形状のグリッド4と六角形状のグリッド5が形成されている。
図3は、この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体の1つの節点を含む拡大図である。図3(a)に示される拡大図は、図1の先進グリッド構造体のようにグリッドサイド群の交差領域間の距離が零である場合の図である。図3(b)に示される拡大図は、図2の先進グリッド構造体のようにグリッドサイド群の交差領域間の距離が零でない場合の図である。
0度方向グリッドサイド1は、図3に示すように、それぞれ+60度方向グリッドサイド2および−60度方向グリッドサイド3に第一の交差領域6と第二の交差領域7とで交わっている。+60度方向グリッドサイド2は、−60度方向グリッドサイド3と第三の交差領域8で交わっている。これらの交差領域6、7、8が互いに近傍に存在することで、その領域が擬似等方積層構造に近い特性を持つことを発見した。なお、第三の交差領域8は菱形であり、菱形2本の対角線が交わる中心点を節点9と称す。
また、交差領域6、7、8が接触しないように距離10だけ離間させて、グリッド構造体に含まれる正三角形のグリッド群の割合を増加させることで、グリッド構造体が擬似等方積層構造に近い特性を持つことを発見した。ただし、このとき交差領域6、7間の距離10の最大値は、節点9間の距離の半値である。
In the advanced grid structure according to the first embodiment of the present invention, the equilateral triangular grid 4 and the hexagonal grid 5 are formed by the 0 degree direction grid side 1, the +60 degree direction grid side 2, and the −60 degree direction grid side 3. Is formed.
FIG. 3 is an enlarged view including one node of the advanced grid structure according to Embodiment 1 of the present invention. The enlarged view shown in FIG. 3A is a diagram in the case where the distance between the intersecting regions of the grid side group is zero as in the advanced grid structure of FIG. The enlarged view shown in FIG. 3B is a diagram in the case where the distance between the intersecting regions of the grid side group is not zero as in the advanced grid structure of FIG.
As shown in FIG. 3, the 0 degree direction grid side 1 intersects with the +60 degree direction grid side 2 and the −60 degree direction grid side 3 in the first intersection area 6 and the second intersection area 7, respectively. The +60 degree direction grid side 2 intersects with the −60 degree direction grid side 3 in the third intersection region 8. It has been discovered that the presence of these intersecting regions 6, 7, and 8 in the vicinity of each other has a characteristic close to a quasi-isotropic laminated structure. The third intersecting region 8 is a rhombus, and a center point where two diagonal lines of the rhombus intersect is referred to as a node 9.
Further, the grid structure is formed into a quasi-isotropic stacked structure by increasing the ratio of equilateral triangle grid groups included in the grid structure by separating the intersection areas 6, 7, and 8 by a distance 10 so as not to contact each other. I found it to have similar characteristics. However, at this time, the maximum value of the distance 10 between the intersecting regions 6 and 7 is a half value of the distance between the nodes 9.

次に、この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体の製造方法について説明する。図4は、この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体を製造するためのテーププリプレグの平面図である。
引張弾性率が280GPa以上且つ330GPa以下である東レ株式会社製トレカ(登録商標)糸T800HBとエポキシ樹脂原料を用いて、長さ方向(図4(a)の紙面上の上下方向)に炭素繊維が配向された帯状のテーププリプレグを用意する。図4(a)に示すような炭素繊維が基準辺11に平行に配向された0度方向炭素繊維テーププリプレグ12、図4(b)に示すような炭素繊維が基準辺11に対して反時計方向に60度傾斜するように配向された+60度方向炭素繊維テーププリプレグ13、図4(c)に示すような炭素繊維が基準辺11に対して時計方向に60度傾斜するように配向された−60度方向炭素繊維テーププリプレグ14を、順に複数回にわたって積層し、加圧下で加熱することにより図1または図2に示すこの発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体が製造される。
Next, a method for manufacturing the advanced grid structure according to Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. 4 is a plan view of a tape prepreg for manufacturing the advanced grid structure according to Embodiment 1 of the present invention.
Using Torayca (registered trademark) yarn T800HB manufactured by Toray Industries, Inc., which has a tensile modulus of elasticity of 280 GPa or more and 330 GPa or less, and an epoxy resin raw material, An oriented strip-shaped tape prepreg is prepared. A carbon fiber tape prepreg 12 in which the carbon fibers as shown in FIG. 4A are oriented parallel to the reference side 11, and the carbon fibers as shown in FIG. +60 degree direction carbon fiber tape prepreg 13 oriented so as to incline 60 degrees in the direction, carbon fiber as shown in FIG. 4C was oriented so as to incline 60 degrees clockwise relative to the reference side 11. The advanced grid structure according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 or FIG. 2 is manufactured by laminating the -60 degree carbon fiber tape prepreg 14 in order several times and heating under pressure.

なお、0度方向炭素繊維テーププリプレグ12が複数並べられたものを第一のテーププリプレグ群、+60度方向炭素繊維テーププリプレグ13が複数並べられたものを第二のテーププリプレグ群、−60度方向炭素繊維テーププリプレグ14が複数並べられたものを第三のテーププリプレグ群と称す。   A plurality of 0-degree direction carbon fiber tape prepregs 12 arranged in the first tape prepreg group, and a plurality of +60 degree direction carbon fiber tape prepregs 13 arranged in the second tape prepreg group, −60 degree direction. A structure in which a plurality of carbon fiber tape prepregs 14 are arranged is referred to as a third tape prepreg group.

このとき、第一のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第一のグリッドサイド群、第二のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第二のグリッドサイド群、および第三のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第三のグリッドサイド群の中で、第一のグリッドサイド群、第二のグリッドサイド群、及び第三のグリッドサイド群が互いに交差する領域が互いに近傍に存在することで、その領域が擬似等方積層構造に近い特性を有することを発見した。
また、正三角形のグリッド群と六角形のグリッド群とを含むグリッド構造体において、グリッドサイド群が交差する領域間の距離を大きくして、グリッド構造体に含まれる正三角形のグリッド群の割合を増加させることで、グリッド構造体が擬似等方積層構造に近い特性を持つことを発見した。
At this time, a first grid side group that is in the same direction as the first tape prepreg group and constitutes one side of the grid group, and a second grid that is in the same direction as the second tape prepreg group and constitutes one side of the grid group Among the grid side groups, and the third grid side group that is in the same direction as the third tape prepreg group and constitutes one side of the grid group, the first grid side group, the second grid side group, and It was discovered that the regions where the third grid side groups intersect each other exist in the vicinity of each other, so that the regions have characteristics close to a quasi-isotropic stacked structure.
In addition, in a grid structure including an equilateral triangle grid group and a hexagonal grid group, the distance between the areas where the grid side groups intersect is increased so that the ratio of the equilateral triangle grid group included in the grid structure is increased. By increasing the number, it was discovered that the grid structure has characteristics close to a quasi-isotropic laminated structure.

図5は、この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体の正三角形のグリッド4と六角形状のグリッド5を含む拡大図である。
ここで、正三角形形状のグリッド4と六角形状のグリッド5を有する先進グリッド構造体の構造を表す2つの因子を導入し、因子と先進グリッド構造体の熱膨張係数との関係を求める。
導入する一つの因子は、グリッドサイドの幅Wを節点9間の距離Lで除算して得られる商であり、構造比と称す。また、導入するもう一つの因子は、グリッドサイドが交差する交差領域間の距離aである。ただし、このとき距離aは0以上且つL/2以下である。
FIG. 5 is an enlarged view including a regular triangular grid 4 and a hexagonal grid 5 of the advanced grid structure according to the first embodiment of the present invention.
Here, two factors representing the structure of the advanced grid structure having the equilateral triangular grid 4 and the hexagonal grid 5 are introduced, and the relationship between the factor and the thermal expansion coefficient of the advanced grid structure is obtained.
One factor to be introduced is a quotient obtained by dividing the width W of the grid side by the distance L between the nodes 9 and is referred to as a structure ratio. Another factor to be introduced is the distance a between the intersecting regions where the grid sides intersect. However, at this time, the distance a is 0 or more and L / 2 or less.

次に、先進グリッド構造体の熱膨張係数の計測について説明する。
先進グリッド構造体の熱膨張係数の計測では、まず、測定サンプル15である先進グリッド構造体をサンプル支持台16の上に載せ、恒温槽17内に固定する。次に、恒温槽17内の温度をコントロールして測定サンプル15の温度を変化させつつ、測定サンプル15の両端部に接着したレーザ反射鏡18にレーザフォーカス変位計19からレーザを照射し、反射光を受光して、加熱による測定サンプル15の変位量を測定し、熱膨張係数を算出する。
Next, measurement of the thermal expansion coefficient of the advanced grid structure will be described.
In the measurement of the thermal expansion coefficient of the advanced grid structure, first, the advanced grid structure that is the measurement sample 15 is placed on the sample support 16 and fixed in the thermostatic chamber 17. Next, while controlling the temperature in the thermostatic chamber 17 and changing the temperature of the measurement sample 15, the laser reflecting mirror 18 adhered to both ends of the measurement sample 15 is irradiated with laser from the laser focus displacement meter 19, and reflected light is reflected. Is received, the amount of displacement of the measurement sample 15 due to heating is measured, and the thermal expansion coefficient is calculated.

この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体の節点9間の距離Lは105mmであり、グリッドサイドの幅Wは1.60mmであるので、構造比は1.60/105=0.015である。また、グリッドサイドが交差する交差領域間の距離aは0mmである。
このとき、計測した熱膨張係数は−0.20ppm/Kである。
Since the distance L between the nodes 9 of the advanced grid structure according to Embodiment 1 of the present invention is 105 mm and the width W of the grid side is 1.60 mm, the structure ratio is 1.60 / 105 = 0.015. It is. The distance a between the intersecting areas where the grid sides intersect is 0 mm.
At this time, the measured thermal expansion coefficient is −0.20 ppm / K.

次に、グリッドサイドが並ぶ距離、すなわち節点9間の距離Lが異なるようになるようにテーププリプレグを準備して先進グリッド構造体を製造した。このときの構造比は、1.60/105=0.015、1.60/52.5=0.030、1.60/26.25=0.060、1.60/14.953=0.107であった。領域間の距離aは、0mm、24mmであった。この先進グリッド構造体の熱膨張係数を図6に示すようにして計測した。
図7は、構造比を横軸にして、熱膨張係数を表したグラフである。
Next, an advanced grid structure was manufactured by preparing a tape prepreg so that the distance at which the grid sides are arranged, that is, the distance L between the nodes 9 is different. The structural ratios at this time are 1.60 / 105 = 0.015, 1.60 / 52.5 = 0.030, 1.60 / 26.25 = 0.060, 1.60 / 14.953 = 0. 107. The distance a between the regions was 0 mm and 24 mm. The thermal expansion coefficient of this advanced grid structure was measured as shown in FIG.
FIG. 7 is a graph showing the thermal expansion coefficient with the structural ratio as the horizontal axis.

次に、先進グリッド構造体が、小型衛星構体として高強度であると考えられる炭素繊維の範囲を規定する。一般に炭素繊維には高強度系の炭素繊維と高弾性系の炭素繊維が存在するが、高弾性系の炭素繊維を使用して、従来の擬似等方積層構造を作製すると熱膨張係数を零近傍にすることが可能である。これは、炭素繊維強化プラスチックが炭素繊維方向には負の熱膨張係数を有し、炭素繊維と直交方向には正の熱膨張係数を有するため、その組み合わせによって零近傍になる。しかし、これが高強度系の炭素繊維になると、一般に炭素繊維の引張強度と引張弾性率とは反比例の関係を示すため、引張弾性率が低くなり、炭素繊維自身の熱膨張係数が零に近づく方向の値となり、擬似等方積層構造では、熱膨張係数を零近傍にすることはできない。図8は炭素繊維の引張弾性率と熱膨張係数の関係を示したグラフである。   Next, the advanced grid structure defines the range of carbon fibers considered to be high strength as a small satellite structure. In general, carbon fibers include high-strength carbon fibers and high-elasticity carbon fibers. However, when a conventional quasi-isotropic laminated structure is made using high-elasticity carbon fibers, the coefficient of thermal expansion is near zero. It is possible to This is because the carbon fiber reinforced plastic has a negative coefficient of thermal expansion in the direction of carbon fiber and a positive coefficient of thermal expansion in the direction orthogonal to the carbon fiber, so that the combination becomes near zero. However, when this becomes a high-strength carbon fiber, since the tensile strength and tensile modulus of carbon fiber generally show an inversely proportional relationship, the tensile modulus decreases and the thermal expansion coefficient of the carbon fiber itself approaches zero. In the pseudo isotropic laminated structure, the coefficient of thermal expansion cannot be close to zero. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the tensile elastic modulus and the thermal expansion coefficient of the carbon fiber.

それに対し、炭素繊維の一方向積層構造と擬似等方積層構造に近い構造とを含む先進グリッド構造体では、その構造比やグリッドサイドの交差領域間の距離を調整することで、高強度系の炭素繊維を用いても熱膨張係数を零にすることができる。
そのため、従来の擬似等方積層構造では熱膨張係数を零近傍にできないが、先進グリッド構造体にすると熱膨張係数を零にできる炭素繊維が一つの判断基準として考えられ、その炭素繊維の引張弾性率を持って、引張弾性率が330GPa以下であると規定する。
また、高強度系の炭素繊維の中にも、前述の判断基準とした炭素繊維よりも引張強度が小さい炭素繊維が存在するので、それらも高強度の範囲から取り除く必要がある。前述の炭素繊維の引張強度が4600MPa程度であるため、この炭素繊維の引張弾性率を持って、引張弾性率が280GPa以上であると規定する。
以上をまとめると、先進グリッド構造体において高強度である炭素繊維の範囲は、引張弾性率が280GPa以上且つ330GPa以下の炭素繊維である。
On the other hand, in advanced grid structures including a unidirectional laminate structure of carbon fibers and a structure close to a quasi-isotropic laminate structure, by adjusting the structure ratio and the distance between crossing areas of the grid side, Even if carbon fiber is used, the thermal expansion coefficient can be made zero.
For this reason, the conventional quasi-isotropic laminated structure cannot have a coefficient of thermal expansion close to zero, but if an advanced grid structure is used, carbon fiber that can have a coefficient of thermal expansion of zero is considered as one criterion. The tensile elastic modulus is specified to be 330 GPa or less.
Further, among the high-strength carbon fibers, there are carbon fibers whose tensile strength is lower than that of the carbon fiber based on the above-mentioned criteria, so that they need to be removed from the high-strength range. Since the carbon fiber has a tensile strength of about 4600 MPa, the tensile elastic modulus of the carbon fiber is defined as 280 GPa or more.
In summary, the carbon fiber having a high strength in the advanced grid structure is a carbon fiber having a tensile modulus of 280 GPa or more and 330 GPa or less.

次に、先進グリッド構造体が、小型衛星構体として低熱膨張であると考えられる炭素繊維の範囲を規定する。ここでは、現在最も高強度な炭素繊維である東レ株式会社製トレカ(登録商標)糸T1000Gを用いた、従来の擬似等方積層構造では得ることのできない熱膨張係数を一つの判断基準とする。このとき、擬似等方積層構造の熱膨張係数は0.93ppm/Kであるため、先進グリッド構造体において低熱膨張である構体の範囲は、熱膨張係数が−0.9ppm/K以上且つ0.9ppm/K以下の構体である。   The advanced grid structure then defines the range of carbon fibers that are considered to have low thermal expansion as a small satellite structure. Here, a thermal expansion coefficient that cannot be obtained with a conventional pseudo-isotropic laminated structure using Toray Co., Ltd. TORAYCA (registered trademark) yarn T1000G, which is currently the strongest carbon fiber, is used as one criterion. At this time, since the thermal expansion coefficient of the quasi-isotropic laminated structure is 0.93 ppm / K, the range of the structure having low thermal expansion in the advanced grid structure has a thermal expansion coefficient of −0.9 ppm / K or more and 0. The structure is 9 ppm / K or less.

この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体は、炭素繊維が一方向に配向されるグリッドサイドを等間隔に並べられた3つのグリッドサイド群を有し、3つのグリッドサイド群のうちの第一のグリッドサイド群を基準に残りの第二のグリッドサイド群と第三のグリッドサイド群がそれぞれ時計方向と反時計方向に60度傾斜して交わるため、グリッドサイド群の交差しない部分である炭素繊維が一方向にだけ積層された部分と、グリッドサイド群が交差する交差領域部分との構造となる。
このとき、グリッドサイド群の交差領域部分が擬似等方積層構造に近い特性を有する構造となるため、グリッド構造体に含まれる交差領域部分と一方向積層部分との割合を構造比で調整し、さらにグリッド構造体中の正三角形のグリッドの割合が増えるほどグリッド構造体の特性が擬似等方積層構造の特性に近づくため、グリッド構造体に含まれる正三角形のグリッドと六角形のグリッドとの割合を交差領域間の距離で調整することによって、高強度且つ低熱膨張特性を有する。
The advanced grid structure according to Embodiment 1 of the present invention has three grid side groups in which grid sides in which carbon fibers are oriented in one direction are arranged at equal intervals. Since the remaining second grid side group and the third grid side group intersect with each other with an inclination of 60 degrees clockwise and counterclockwise with respect to the first grid side group, the grid side groups do not intersect each other. A structure in which carbon fibers are laminated in only one direction and an intersecting region where grid side groups intersect is formed.
At this time, since the intersecting region portion of the grid side group has a structure having a characteristic close to a pseudo isotropic laminated structure, the ratio of the intersecting region portion and the unidirectional laminated portion included in the grid structure is adjusted by the structure ratio, Furthermore, as the ratio of equilateral triangles in the grid structure increases, the characteristics of the grid structure approach the characteristics of the quasi-isotropic laminated structure, so the ratio of equilateral triangles and hexagonal grids included in the grid structure By adjusting the distance with the distance between the intersecting regions, it has high strength and low thermal expansion characteristics.

図7は、構造比に対する熱膨張係数の依存性を交差領域間の距離をパラメータとして表したグラフである。
図7からも分かるように、引張弾性率が280GPa以上且つ330GPa以下の炭素繊維を用いて、構造比が0より大きく且つ0.107以下になるように、グリッドサイドの幅Wまたは節点9間の距離Lを調整すると、熱膨張係数が−0.9ppm/K以上且つ0.9ppm/K以下の先進グリッド構造体を得ることができる。
なお、この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体において、引張弾性率が280GPa以上且つ330GPa以下の東レ株式会社製トレカ(登録商標)糸T800HBの炭素繊維にエポキシ樹脂を含侵させた後に半硬化させて作ったプリプレグを用いているが、樹脂はエポキシ樹脂に限るものではなく、熱的機械的化学的特性が使用環境に耐えればいずれの樹脂であってもこの発明に適用することができる。
FIG. 7 is a graph showing the dependence of the thermal expansion coefficient on the structure ratio with the distance between intersecting regions as a parameter.
As can be seen from FIG. 7, using carbon fibers having a tensile modulus of 280 GPa or more and 330 GPa or less, the width W of the grid side or between the nodes 9 is set so that the structural ratio is greater than 0 and 0.107 or less. When the distance L is adjusted, an advanced grid structure having a thermal expansion coefficient of −0.9 ppm / K or more and 0.9 ppm / K or less can be obtained.
In the advanced grid structure according to the first embodiment of the present invention, after impregnating an epoxy resin with carbon fiber of Toray Industries, Inc. trading card (registered trademark) yarn T800HB having a tensile modulus of elasticity of 280 GPa or more and 330 GPa or less. A prepreg made by semi-curing is used, but the resin is not limited to an epoxy resin, and any resin can be applied to the present invention as long as its thermal, mechanical and chemical characteristics can withstand the use environment. it can.

実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係る先進グリッド構造体は、この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体と炭素繊維が異なり、その結果構造比を違えているが、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
この発明の実施の形態2に係る先進グリッド構造体に使用する炭素繊維は、引張弾性率が280GPa以上且つ330GPa以下である。
Embodiment 2. FIG.
The advanced grid structure according to the second embodiment of the present invention is different from the advanced grid structure according to the first embodiment of the present invention in carbon fiber, and as a result, has a different structural ratio, but is otherwise the same. Therefore, the same code | symbol is attached | subjected to the same part and description is abbreviate | omitted.
The carbon fiber used for the advanced grid structure according to Embodiment 2 of the present invention has a tensile elastic modulus of 280 GPa or more and 330 GPa or less.

次に、グリッドサイドが並ぶ距離、すなわち節点9間の距離Lが異なるようになるようにテーププリプレグを準備して先進グリッド構造体を製造した。このときの構造比は、0.015、0.030、0.060、0.107であった。交差領域間の距離aは、0mm、24mmであった。この先進グリッド構造体の熱膨張係数を図6に示すようにして計測した。
図9は、構造比に対する熱膨張係数の依存性を交差領域間の距離をパラメータとして表したグラフである。
Next, an advanced grid structure was manufactured by preparing a tape prepreg so that the distance at which the grid sides are arranged, that is, the distance L between the nodes 9 is different. The structural ratios at this time were 0.015, 0.030, 0.060, and 0.107. The distance a between the intersecting regions was 0 mm and 24 mm. The thermal expansion coefficient of this advanced grid structure was measured as shown in FIG.
FIG. 9 is a graph showing the dependence of the thermal expansion coefficient on the structure ratio with the distance between intersecting regions as a parameter.

次に、先進グリッド構造体が、極低熱膨張であると考えられる炭素繊維の範囲を規定する。ここでは、現有の炭素繊維を用いて、従来の擬似等方積層構造を形成した場合に得られる最小の熱膨張係数を一つの判断基準とする。東レ株式会社製トレカ(登録商標)糸M60Jを用いて、擬似等方積層構造をつくると熱膨張係数を−0.25ppm/Kにすることができる。そのため、先進グリッド構造体において極低熱膨張である構体の範囲は、熱膨張係数が−0.25ppm/K以上且つ0.25ppm/K以下の構体である。   The advanced grid structure then defines the range of carbon fibers that are considered to have very low thermal expansion. Here, the minimum coefficient of thermal expansion obtained when a conventional quasi-isotropic laminated structure is formed using existing carbon fibers is used as one criterion. When a pseudo isotropic laminated structure is made using Toray Industries, Inc. Torayca (registered trademark) yarn M60J, the thermal expansion coefficient can be -0.25 ppm / K. Therefore, the range of structures having extremely low thermal expansion in the advanced grid structure is structures having a thermal expansion coefficient of −0.25 ppm / K or more and 0.25 ppm / K or less.

図9から分かるように、構造比が0より大きく且つ0.053以下になるように、グリッドサイドの幅Wまたは節点9間の距離L、及び交差領域間の距離aを調整することにより熱膨張係数が−0.25ppm/K以上且つ0.25ppm/K以下の先進グリッド構造体を得ることができる。   As can be seen from FIG. 9, thermal expansion is achieved by adjusting the width W of the grid side or the distance L between the nodes 9 and the distance a between the intersection regions so that the structural ratio is greater than 0 and less than or equal to 0.053. An advanced grid structure having a coefficient of −0.25 ppm / K or more and 0.25 ppm / K or less can be obtained.

一方、引張弾性率が280GPa以上且つ330GPa以下である炭素繊維を一方向に配向した3枚の炭素繊維プリプレグシートのうち1枚を反時計方向に60度傾斜し、他の1枚を時計方向に60度傾斜して3枚を積層し加圧下で加熱することによりエポキシ樹脂は硬化する。この積層体は疑似等方性であるが、熱膨張係数は1.1ppm/K以上となってしまう。   On the other hand, one of three carbon fiber prepreg sheets in which carbon fibers having a tensile modulus of elasticity of 280 GPa or more and 330 GPa or less are oriented in one direction is tilted 60 degrees counterclockwise, and the other one is clockwise. The epoxy resin is cured by laminating three sheets inclined at 60 degrees and heating under pressure. This laminate is quasi-isotropic, but the thermal expansion coefficient is 1.1 ppm / K or more.

この発明の実施の形態2に係る先進グリッド構造体は、実施の形態1に係る先進グリッド構造体と同様に、先進グリッド構造体に占めるグリッドサイドの交差領域部分とグリッドサイドが交差しない一方向積層部分との比率、及びグリッドサイドの交差領域間の距離を調整することにより先進グリッド構造体の熱膨張係数を小さくすることができる。
また、引張弾性率が280GPa以上且つ330GPa以下の炭素繊維を使用し、構造比が0より大きく且つ0.053以下になるようグリッドサイドの幅Wまたは節点9間の距離L、交差領域間の距離aを設定しているので、熱膨張係数が−0.25ppm/K以上且つ0.25ppm/K以下の先進グリッド構造体を得ることができる。
As in the advanced grid structure according to the first embodiment, the advanced grid structure according to the second embodiment of the present invention is a unidirectional laminate in which the grid-side intersecting region and the grid side do not intersect in the advanced grid structure. The coefficient of thermal expansion of the advanced grid structure can be reduced by adjusting the ratio with the portion and the distance between the grid-side intersection regions.
In addition, carbon fiber having a tensile modulus of 280 GPa or more and 330 GPa or less is used, and the grid side width W or the distance L between nodes 9 and the distance between intersecting regions so that the structural ratio is greater than 0 and 0.053 or less. Since a is set, an advanced grid structure having a thermal expansion coefficient of −0.25 ppm / K or more and 0.25 ppm / K or less can be obtained.

実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係る先進グリッド構造体は、この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体と炭素繊維が異なり、その結果構造比を違えているが、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
この発明の実施の形態3に係る先進グリッド構造体に使用する炭素繊維は、引張弾性率が280GPa以上且つ330GPa以下である。
Embodiment 3 FIG.
The advanced grid structure according to the third embodiment of the present invention is different from the advanced grid structure according to the first embodiment of the present invention in carbon fiber, and as a result, has a different structural ratio, but is otherwise the same. Therefore, the same code | symbol is attached | subjected to the same part and description is abbreviate | omitted.
The carbon fiber used for the advanced grid structure according to Embodiment 3 of the present invention has a tensile elastic modulus of 280 GPa or more and 330 GPa or less.

次に、グリッドサイドが並ぶ距離、すなわち節点9間の距離Lが異なるようになるようにテーププリプレグを準備して先進グリッド構造体を製造した。このときの構造比は、0.015、0.030、0.060、0.107であった。交差領域間の距離aは、0mm、24mmであった。この先進グリッド構造体の熱膨張係数を図6に示すようにして計測した。
図10は、構造比に対する熱膨張係数の依存性を交差領域間の距離をパラメータとして表したグラフである。
Next, an advanced grid structure was manufactured by preparing a tape prepreg so that the distance at which the grid sides are arranged, that is, the distance L between the nodes 9 is different. The structural ratios at this time were 0.015, 0.030, 0.060, and 0.107. The distance a between the intersecting regions was 0 mm and 24 mm. The thermal expansion coefficient of this advanced grid structure was measured as shown in FIG.
FIG. 10 is a graph showing the dependence of the coefficient of thermal expansion on the structure ratio with the distance between intersecting regions as a parameter.

次に、先進グリッド構造体が、零低熱膨張であると考えられる炭素繊維の範囲を規定する。ここでは、熱膨張係数の絶対値が0.10ppm/K以下であるときを零熱膨張とする。そのため、先進グリッド構造体において零低熱膨張である構体の範囲は、熱膨張係数が−0.10ppm/K以上且つ0.10ppm/K以下の構体である。   The advanced grid structure then defines the range of carbon fibers that are considered to have zero low thermal expansion. Here, the case where the absolute value of the thermal expansion coefficient is 0.10 ppm / K or less is defined as zero thermal expansion. Therefore, the range of the structure having zero low thermal expansion in the advanced grid structure is a structure having a coefficient of thermal expansion of −0.10 ppm / K or more and 0.10 ppm / K or less.

図10からも分かるように、構造比が0より大きく且つ0.040以下になるように、グリッドサイドの幅Wまたは節点9間の距離L、及び交差領域間の距離aを調整することにより熱膨張係数が−0.10ppm/K以上且つ0.10ppm/K以下の先進グリッド構造体を得ることができる。   As can be seen from FIG. 10, heat is obtained by adjusting the width W of the grid side or the distance L between the nodes 9 and the distance a between the intersecting regions so that the structural ratio is greater than 0 and less than or equal to 0.040. An advanced grid structure having an expansion coefficient of −0.10 ppm / K or more and 0.10 ppm / K or less can be obtained.

一方、引張弾性率が280GPa以上且つ330GPa以下である炭素繊維を一方向に配向した3枚の炭素繊維プリプレグシートのうち1枚を反時計方向に60度傾斜し、他の1枚を時計方向に60度傾斜して3枚を積層し加圧下で加熱することによりエポキシ樹脂は硬化する。この積層体は疑似等方性であるが、熱膨張係数は1.1ppm/K以上となってしまう。   On the other hand, one of three carbon fiber prepreg sheets in which carbon fibers having a tensile modulus of elasticity of 280 GPa or more and 330 GPa or less are oriented in one direction is tilted 60 degrees counterclockwise, and the other one is clockwise. The epoxy resin is cured by laminating three sheets inclined at 60 degrees and heating under pressure. This laminate is quasi-isotropic, but the thermal expansion coefficient is 1.1 ppm / K or more.

この発明の実施の形態3に係る先進グリッド構造体は、実施の形態1に係る先進グリッド構造体と同様に、先進グリッド構造体に占めるグリッドサイドの交差領域部分とグリッドサイドが交差しない一方向積層部分との比率、及びグリッドサイドの交差領域間の距離を調整することにより先進グリッド構造体の熱膨張係数を小さくすることができる。
また、引張弾性率が280GPa以上且つ330GPa以下の炭素繊維を使用し、構造比が0より大きく且つ0.040以下になるようグリッドサイドの幅Wまたは節点9間の距離L、交差領域間の距離aを設定し得るので、熱膨張係数が−0.10ppm/K以上且つ0.10ppm/K以下の先進グリッド構造体を得ることができる。
As in the advanced grid structure according to the first embodiment, the advanced grid structure according to the third embodiment of the present invention is a unidirectional laminate in which the grid-side intersection region and the grid side do not intersect in the advanced grid structure. The coefficient of thermal expansion of the advanced grid structure can be reduced by adjusting the ratio with the portion and the distance between the grid-side intersection regions.
In addition, carbon fiber having a tensile modulus of 280 GPa or more and 330 GPa or less is used, and the grid side width W or the distance L between nodes 9 and the distance between intersecting regions so that the structural ratio is greater than 0 and 0.040 or less. Since a can be set, an advanced grid structure having a thermal expansion coefficient of −0.10 ppm / K or more and 0.10 ppm / K or less can be obtained.

実施の形態4.
図11は、この発明の実施の形態4に係る先進グリッド構造体の正面図である。
この発明の実施の形態4に係る先進グリッド構造体は、図11に示すように、この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体に疑似等方性の炭素繊維強化エポキシ樹脂板20を一体化したものである。
次に、この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体に疑似等方性の炭素繊維強化エポキシ樹脂板を一体化する工程について説明する。
図12は、この発明の実施の形態4に係る先進グリッド構造体を製造するための3種類の一方向炭素繊維プリプレグシートの平面図である。
グリッド群の熱膨張係数と等価となるように炭素繊維と樹脂を選定した、3種類の炭素繊維プリプレグシートは、図12(a)に示すように、炭素繊維が基準辺21に対して平行な方向に配向された0度方向炭素繊維プリプレグシート22、図12(b)に示すように、炭素繊維が基準辺21に対して反時計方向に60度傾斜した方向に配向された+60度方向炭素繊維プリプレグシート23、図12(c)に示すように、炭素繊維が基準辺21に対して時計方向に60度傾斜した方向に配向された−60度方向炭素繊維プリプレグシート24である。
この3種類の炭素繊維プリプレグシートを積層しその上にこの発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体を載せ、加圧下で加熱することにより図8に示すこの発明の実施の形態4に係る先進グリッド構造体が製造される。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 11 is a front view of an advanced grid structure according to Embodiment 4 of the present invention.
As shown in FIG. 11, the advanced grid structure according to the fourth embodiment of the present invention is integrated with the quasi-isotropic carbon fiber reinforced epoxy resin plate 20 in the advanced grid structure according to the first embodiment of the present invention. It has become.
Next, the process of integrating the quasi-isotropic carbon fiber reinforced epoxy resin plate with the advanced grid structure according to Embodiment 1 of the present invention will be described.
FIG. 12 is a plan view of three types of unidirectional carbon fiber prepreg sheets for manufacturing an advanced grid structure according to Embodiment 4 of the present invention.
As shown in FIG. 12A, the three types of carbon fiber prepreg sheets in which carbon fibers and resin are selected so as to be equivalent to the thermal expansion coefficient of the grid group are such that the carbon fibers are parallel to the reference side 21. 0 degree direction carbon fiber prepreg sheet 22 oriented in the direction, as shown in FIG. 12B, carbon fiber is oriented in a direction inclined 60 degrees counterclockwise with respect to the reference side 21 +60 degree direction carbon A fiber prepreg sheet 23, as shown in FIG. 12C, is a -60 degree carbon fiber prepreg sheet 24 in which carbon fibers are oriented in a direction inclined 60 degrees clockwise with respect to the reference side 21.
The three types of carbon fiber prepreg sheets are laminated, and the advanced grid structure according to the first embodiment of the present invention is placed thereon, and heated under pressure, and according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. Advanced grid structures are manufactured.

この発明の実施の形態4に係る先進グリッド構造体は、この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体と同様に、先進グリッド構造体に占めるグリッドサイドの交差領域部分とグリッドサイドが交差しない部分との比率、及びグリッドサイドの交差領域間の距離を調整することにより先進グリッド構造体の熱膨張係数を小さくすることができる。
また、疑似等方性の炭素繊維強化エポキシ樹脂板20が先進グリッド構造体の一面に配置されるので、先進グリッド構造体としての面積が大きくなるため、他の部品との結合及び機器の搭載が容易となる。
The advanced grid structure according to the fourth embodiment of the present invention does not intersect the grid side intersection region portion and the grid side that occupy the advanced grid structure, similarly to the advanced grid structure according to the first embodiment of the present invention. The coefficient of thermal expansion of the advanced grid structure can be reduced by adjusting the ratio with the portion and the distance between the grid-side intersection regions.
In addition, since the pseudo isotropic carbon fiber reinforced epoxy resin plate 20 is disposed on one surface of the advanced grid structure, the area as the advanced grid structure is increased, so that it is possible to combine with other components and mount equipment. It becomes easy.

なお、上述の実施の形態1乃至4に係る先進グリッド構造体では、2種類の炭素繊維を使用したが、炭素繊維はこれに限るものではなく、所望の強度を満足し得る炭素繊維を用いて熱膨張係数の高低の部分の割合を調整することにより低熱膨張特性を有する先進グリッド構造体を得ることができる。   In the advanced grid structure according to Embodiments 1 to 4 described above, two types of carbon fibers are used. However, the carbon fibers are not limited to this, and carbon fibers that can satisfy a desired strength are used. An advanced grid structure having low thermal expansion characteristics can be obtained by adjusting the ratio of the portions having high and low thermal expansion coefficients.

この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体の一例の正面図である。It is a front view of an example of the advanced grid structure concerning Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体の他の例の正面図である。It is a front view of the other example of the advanced grid structure which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体の1つの節点を含む拡大図である。It is an enlarged view including one node of the advanced grid structure which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体を製造するための3種類の炭素繊維テーププリプレグの平面図である。It is a top view of three types of carbon fiber tape prepregs for manufacturing the advanced grid structure concerning Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体の正三角形状のグリッドと六角形状のグリッドとを含む拡大図である。It is an enlarged view containing the equilateral triangular grid and hexagonal grid of the advanced grid structure which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体の熱膨張係数の測定装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the measuring apparatus of the thermal expansion coefficient of the advanced grid structure which concerns on Embodiment 1 of this invention. 構造比に対する熱膨張係数の依存性を交差領域間の距離をパラメータとして示したグラフである。It is the graph which showed the dependence of the thermal expansion coefficient with respect to a structure ratio as a parameter between the distance between crossing areas. 炭素繊維の引張弾性率に対する炭素繊維の熱膨張係数の依存性を表したグラフである。It is the graph showing the dependence of the thermal expansion coefficient of carbon fiber with respect to the tensile elasticity modulus of carbon fiber. この発明の実施の形態2に係る先進グリッド構造体の熱膨張係数の構造比依存性を表したグラフである。It is a graph showing the structural ratio dependence of the thermal expansion coefficient of the advanced grid structure which concerns on Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3に係る先進グリッド構造体の熱膨張係数の構造比依存性を表したグラフである。It is a graph showing the structural ratio dependence of the thermal expansion coefficient of the advanced grid structure which concerns on Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4に係る先進グリッド構造体の正面図である。It is a front view of the advanced grid structure which concerns on Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態4に係る先進グリッド構造体を製造するための3種類の炭素繊維プリプレグシートの平面図である。It is a top view of three types of carbon fiber prepreg sheets for manufacturing the advanced grid structure concerning Embodiment 4 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 0度方向グリッドサイド、2 +60度方向グリッドサイド、3 −60度方向グリッドサイド、4 正三角形グリッド、5 六角形グリッド、6 第一の交差領域、7 第二の交差領域、8 第三の交差領域、9 節点、10 交差領域間の距離、11 基準辺、12 0度方向炭素繊維テーププリプレグ、13 +60度方向炭素繊維テーププリプレグ、14 −60度方向炭素繊維テーププリプレグ、15 測定サンプル、16 サンプル支持台、17 恒温槽、18 レーザ反射鏡、19 レーザフォーカス変位計、20 炭素繊維強化エポキシ樹脂板、21 基準辺、22 0度方向炭素繊維プリプレグシート、23 +60度方向炭素繊維プリプレグシート、24 −60度方向炭素繊維プリプレグシート。   10 degree grid side, 2 +60 degree direction grid side, 3-60 degree direction grid side, 4 equilateral triangle grid, 5 hexagonal grid, 6 first intersecting area, 7 second intersecting area, 8 third Crossing area, 9 nodes, 10 Distance between crossing areas, 11 reference side, 120 degree carbon fiber tape prepreg, 13 +60 degree carbon fiber tape prepreg, 14-60 degree carbon fiber tape prepreg, 15 measurement sample, 16 Sample support base, 17 thermostatic chamber, 18 laser reflector, 19 laser focus displacement meter, 20 carbon fiber reinforced epoxy resin plate, 21 reference side, 220 degree direction carbon fiber prepreg sheet, 23 +60 degree direction carbon fiber prepreg sheet, 24 -60 degree carbon fiber prepreg sheet.

Claims (4)

第一の方向に等間隔に並べられた炭素繊維が長尺方向に配向された第一のテーププリプレグ群、上記第一の方向に対して反時計方向に60度傾斜した第二の方向に等間隔に並べられた炭素繊維が長尺方向に配向された第二のテーププリプレグ群、および上記第一の方向に対して時計方向に60度傾斜した第三の方向に等間隔に並べられた炭素繊維が長尺方向に配向された第三のテーププリプレグ群が、互いに2つのテーププリプレグ群が重なるようにそれぞれ順に繰り返し積層され、加圧下で加熱されることにより成形された先進グリッド構造体において、
上記第一のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第一のグリッドサイド群、上記第二のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第二のグリッドサイド群、および上記第三のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第三のグリッドサイド群の中で、上記第二のグリッドサイド群と上記第三のグリッドサイド群とが交差する領域の中心点と当該交差する領域に最近接の上記第二のグリッドサイド群と上記第三のグリッドサイド群とが交差する領域の中心点との間隔でグリッドサイド幅を除算して得られる構造比が0より大きく且つ0.107以下であるとともに上記炭素繊維の引張弾性率が280GPa以上且つ330GPa以下であることを特徴とする先進グリッド構造体。
First tape prepreg group in which carbon fibers arranged at equal intervals in the first direction are oriented in the longitudinal direction, etc. in a second direction inclined 60 degrees counterclockwise with respect to the first direction, etc. Second tape prepreg group in which carbon fibers arranged at intervals are oriented in the longitudinal direction, and carbon arranged at equal intervals in a third direction inclined 60 degrees clockwise with respect to the first direction In the advanced grid structure in which the third tape prepreg group in which the fibers are oriented in the longitudinal direction is repeatedly laminated in order so that the two tape prepreg groups overlap each other and heated under pressure,
A first grid side group that is in the same direction as the first tape prepreg group and constitutes one side of the grid group, and a second grid that is in the same direction as the second tape prepreg group and constitutes one side of the grid group Among the grid side group and the third grid side group that is in the same direction as the third tape prepreg group and constitutes one side of the grid group, the second grid side group and the third grid side group The grid side width is divided by the distance between the center point of the region where the crossing and the center point of the region where the second grid side group closest to the crossing region intersects the third grid side group. The structural ratio obtained is greater than 0 and 0.107 or less, and the tensile modulus of the carbon fiber is 280 GPa or more and 330 GPa or less. Advanced grid structure to the butterflies.
上記構造比が0より大きく且つ0.053以下であることを特徴とする請求項1に記載の先進グリッド構造体。   The advanced grid structure according to claim 1, wherein the structural ratio is greater than 0 and equal to or less than 0.053. 上記構造比が0より大きく且つ0.040以下であることを特徴とする請求項1に記載の先進グリッド構造体。   The advanced grid structure according to claim 1, wherein the structural ratio is greater than 0 and 0.040 or less. 低熱膨張になるよう炭素繊維が配向積層された積層板が配設されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の先進グリッド構造体。   The advanced grid structure according to any one of claims 1 to 3, wherein a laminated plate in which carbon fibers are oriented and laminated so as to have low thermal expansion is disposed.
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