JP2014218004A

JP2014218004A - 炭素繊維・金属繊維・機械編・樹脂硬化、複合一体構造物の製造方法と構成材料

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Publication number: JP2014218004A
Application number: JP2013098098A
Authority: JP
Inventors: 須知晃一; Koichi Suchi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-05-08
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2014-11-20

Abstract

【課題】航空機の機体は軽量化のため、脆弱な構造である。万一の事故が起きても機体がバラバラに破断されない航空機体を製造する。
【解決手段】炭素繊維と金属繊維を縒り合せた混紡繊維をつくる。この混紡繊維を、毛糸の編み方を組み合わせた編み方で、ハニカム構造やパイプ構造などの立体構造に編み上げる。この編み上げを積層、連結して、継ぎ目の無い立体構造体をつくる。前記構造体を樹脂に浸し、馴染ませる。樹脂を、整形後に硬化させる。軽量で破断しにくい、複合一体の航空機体製造が可能となる。
【選択図】図１

Description

工業材料。

特開２０１０−１４５７６８特開２０１０−１２７２８０特開２００９−１２９６３７特開平１０−３４７５９４特開平４−２０９４６６特開２００９−５４５１８３

航空機の機体は軽量化のため、脆弱な構造である。空中分解、機体同士や地面との激突で、多くの人命を失った。

炭素繊維と金属繊維を縒り合せる。直径０.０１ミリメートルから、数十ミリメートルの混紡繊維をつくる。この混紡繊維を、毛糸の編み方である、こま編み、うね編、すじ編などを組み合わせた編み方で、ハニカム構造やパイプ構造などの、立体構造に編み上げる。この構造を、積層、連結して、さらに編み上げる。この方法で、継ぎ目の無い、混紡繊維の三次元の立体構造をつくる。この立体構造を、樹脂等にひたし、なじませる。これを整形する。樹脂は、混紡繊維を内部に含んで、一体となって硬化する。この方法により、軽量で破断しにくい複合一体構造物とすることで航空機体製造が可能となる。

航空機で利用する場合は、鉄、銅、アルミ等の金属の網目で包まれているので、落雷で大電流を通過させる。内部は電気的に安全である。金属と炭素繊維の重量比を調節する。機体は、軽量で、破断しにくくなる。ＰＣ鋼線で機体にポストテンションの緊張力をかけることで強靭で疲労しにくい機体となる。ハニカム構造を潰れにくくするためのガスを封入した小球は、オートクレイブ加圧加熱硬化の際に、小球の樹脂が溶けてハニカム構造に内圧を生じる事がある。航空機がクラッシュしたさいに、ハニカム構造が潰れることによって、破断することなしに緩やかに変形して外力のエネルギーを吸収することを考慮すれば、小球は充填しない方がよい。強度を有するということと、じん性を利用する強靭であることの、バランスを取らねばならない。熱と圧力を加えない、二液混合タイプのエポキシ樹脂を用いる場合は、一体形成構造物の強度を高めるという意味では、ガスを封入した小球をハニカム構造の六角柱の中空に詰めることは有効である。事故時に、機体がバラバラにならず、航空燃料に引火しなければ、人命を確保する空間が担保できる。経済や効率を優先するあまりに、人命が軽視されてはならない。航空事故で亡くなった方々のご冥福をお祈り申し上げます。

炭素繊維と金属繊維を縒り合せた混紡繊維で、外側をパイプ構造に編み上げる。中間にハニカム構造を編み上げて、内側をパイプ構造に編み上げる。これを樹脂等にひたし、なじませる。これを整形する。樹脂は混紡繊維を中央に含んで一体となり硬化する。軽量で破断しにくい、継ぎ目の無い、航空機の機体を製造する。

航空機の機体を製造する方法をしめします。炭素繊維と金属繊維を縒り合せ直径０.０１ミリメートルから、数十ミリメートルの混紡繊維をつくる。この混紡繊維を、数値制御の自動編機械で、三次元立体形成に編み上げる。この立体構造を、樹脂等にひたし、なじませる。整形後に樹脂は硬化する。航空機体を、軽量で破壊しにくい、継ぎ目の無い、一体形成する。

航空産業として、航空機の機体。

図１は、航空機体の断面図である。炭素繊維と金属繊維を縒り合せ直径０.０１ミリメートルから、数十ミリメートルの混紡繊維をつくる。この混紡繊維を毛糸の編み方である、こま編み、うね編、すじ編などを組み合わせた編み方で、ハニカム構造やパイプ構造などの立体構造に編み上げる。この編み上げを積層、連結して、継ぎ目の無い立体構造をつくる。構造物を樹脂にひたし、なじませる。樹脂等は内部に混紡繊維を含んで硬化する。この方法で、軽量で破断しにくい、複合一体構造物を製造する。航空機体の一体製造が可能となる。製造の詳細は、外部の胴体を円筒形に編み上げたものが符号１０１。外円筒の内側に中間構造である、ハニカム構造を編み上げたものが符号１０２。編みあがった構造を樹脂等にひたし、なじませる。外部の胴体部分と中間構造のハニカム構造を一体形成したのが、符号１０１と１０２と１０３。次に、ハニカム構造に蓋をする。ハニカム構造の機体内側の蓋の方法は、混紡繊維を筒状に編み上げたものが符号１０４。これを樹脂等をひたし、なじませる。樹脂は、混紡繊維を内部に含んで硬化する。これが、符号１０５。編み方は、こま編み等で、メリヤス編みや、六角形の目の細かいハニカム構造の編み方で蓋をしてもよい。細編みなどによる六角形の目が細かいハニカム構造は、外側や内側の円筒を編むときに使用してもよい。これらは、符号１０１と１０４。ハニカム構造の六角形の目が大きいのが、符号１０２。混紡繊維の編み方と樹脂の硬化の方向は、CTスキャンの輪切りの様に、断面を積層、連結する方向に、一体形成してもよい。継ぎ目の無い複雑な立体構造製造が可能である。つまり、符号１０１と１０２と１０４の混紡を同時に編み上げて、符号１０３と１０４の樹脂を同時にひたし、なぜませ、整形して樹脂が硬化する方法でもよい。ひとことでいうと、機体の外側から内側に向かって造る方法と、機体の進行方向に向かって造る二つの方法がある。

図１は、航空機の機体の断面図である。機体を外側から内側に向かう製造方法。機体の外部の円筒形、符号１０１。中間構造のハニカム構造、符号１０２。符号１０１と符号１０２は大型の自動編機械で形成する。ハニカム構造を内側で蓋をする、自動編機械は、分解したものを内部で組み立ててから、ハニカム構造の蓋である内筒を自動編してもよい。これが、符号１０４。機体の進行方向に向かってつくっていく方法は、自動編と樹脂の硬化を同時に進めていってもよい。CTスキャンの輪切りの様に、断面を積層、連結する一体形成である。複雑な立体形成を継ぎ目の無い構造にすることができる。外から内へ、あるいは機体の進行方向へ製造するときでもよい。外筒の編みあがった線維の中央に、シース内のＰＣ鋼線を網目状に配置する。樹脂等が硬化した後で、シース内のＰＣ鋼線にポストテンションの緊張力を掛ける。この方法で、機体の外気圧による膨張と収縮の交番応力の内で、機体が膨張しようとする力を、相殺することができる。よって機体の強度を高め、疲労を遅らせることが可能である。ＰＣ鋼線は、応力センサ等で常時、コンピュタ管理をすることが出来る。飛行中の応力の異常や、機体の疲労等のメインテナンスに役立てることが出来る。符号１０１の外筒と符号１０４の内筒は、六角形の目の細かいハニカム構造。外筒と内筒の中間にあるハニカム構造、符号１０２は、六角形の目の大きいハニカム構造としてもよい。ハニカム構造、符号１０２が外力によって、潰れにくくする。それは、ハニカム構造の中空の六角柱の空間に、高圧ガスを封入した樹脂でできた小球、符号１０７を、六角柱の空間を満たすまで充填する。符号１０７を充填するかどうかは、強度と靱性のバランスで決定する。機体を輪切りにした混紡繊維のみを示す断面の図です。Ａ−Ａ断面のハニカム構造の図です。

１０１炭素繊維と金属繊維を縒り合せる。直径０.０１ミリメートルから、数十ミリメートルの混紡繊維とする。この混紡繊維を、毛糸の編み方である、こま編み、うね編、すじ編などを組み合わせた編み方で、機体の外筒を円筒形に編み上げたもの。
１０２１０１の編み上げた円筒形の混紡繊維に絡めるように、こま編み、うね編、すじ編などを組み合わせた編み方で、編み上げたハニカム構造である。
１０３１０１と１０２を樹脂等でひたし、なじませる。整形後樹脂は、混紡繊維を中央に含んで一体として硬化する。硬化させる際に１０２のハニカム構造の機体内側の頭の部分の混紡繊維が、少しだけ内側に向かって樹脂より飛び出るようにする。これは、機体を外側から内側に向かって製造する場合。
１０４樹脂等から飛び出た１０２の混紡繊維の頭の部分を絡めながら編み込む。ハニカム構造を内筒で蓋をする。この内筒の編み上げは、機体内に分解して搬入した、自動機械編マシーンが行う。これは、機体を外側から内側に向かって製造する場合。機体の進行方向に向かって造る場合は、１０１、１０２、１０４は同時に編み上げながら、樹脂に浸し、なじませ、整形した後に樹脂は混紡繊維と一体になり硬化する。
１０５１０４を樹脂等にひたし、なじませる。整形後に樹脂は、中央に混紡繊維を含んで硬化する。この方法で、機体の内筒を形成する。
１０６混紡繊維を中央に含んで、樹脂が一体となり硬化したものである。
１０７ハニカム構造が外力によって、潰れないようにするために、ハニカム構造の六角柱の中空の空間に、高圧ガス封入済みの数の子形状の樹脂小球を、多数六角柱中空の空間を満たすまで充填したものである。これを充填するかどうかは、機体の強度と靱性のバランスに於いて決定するべきである。

炭素繊維と金属繊維を縒り合せた混紡繊維で、外側を構造物に編み上げ、中間に構造物を編み上げ、内側を構造物に編み上げ、これを樹脂にひたし、なじませ、これを整形し、樹脂は混紡繊維を中央に含んで硬化する構成であり、炭素繊維の束と鉄、銅、アルミ、金属繊維を縒り合せた、直径０.０１ミリメートルから、十ミリメートルの混紡繊維をつくり、この混紡繊維を、毛糸の編み方である、こま編み、うね編、すじ編を組み合わせた編み方で、ハニカム構造物やパイプ構造物の、立体構造物に編み上げ、この立体構造物を、積層、連結して、さらに編み上げ、この方法で、混紡繊維の三次元の立体構造物をつくり、この立体構造物を、樹脂にひたし、なじませ、これを整形し、樹脂は、混紡繊維を内部に含んで硬化する方法により、複合構造物とする製造方法で実施。
炭素繊維と金属繊維を縒り合せた混紡繊維で、外側を構造物に編み上げ、中間に構造物を編み上げ、内側を構造物に編み上げ、これを樹脂にひたし、なじませ、これを整形し、樹脂は混紡繊維を中央に含んで硬化する構成であり、炭素繊維の束と鉄、銅、アルミ、金属繊維を縒り合せた、直径０.０１ミリメートルから、十ミリメートルの混紡繊維をつくり、この混紡繊維を、毛糸の編み方である、こま編み、うね編、すじ編を組み合わせた編み方で、ハニカム構造物やパイプ構造物の、立体構造物に編み上げ、この立体構造物を、積層、連結して、さらに編み上げ、この方法で、混紡繊維の三次元の立体構造物をつくり、この立体構造物を、樹脂にひたし、なじませ、これを整形し、樹脂は、混紡繊維を内部に含んで硬化する方法により、複合構造物とする製造方法で、市販されている炭素繊維、金属繊維、樹脂の構成材料で実施。
上記の方法で、航空機の胴体、翼の構造物を製造の途中で、編みあがった混紡繊維の中央に、シースに通したＰＣ鋼線を、十センチメートルから１メートルの間隔で、網目状に縦横に配置し、樹脂が硬化した後で、シース内のＰＣ鋼線にポストテンションを掛け、この方法で、外気圧による、膨張と収縮の交番応力の内の、膨張する力を、ＰＣ鋼線のポストテンションの緊張力によって、相殺する構造物を製造する方法で実施。
上記の方法で、航空機の胴体、翼の構造物を製造の途中で、編みあがった混紡繊維の中央に、シースに通したＰＣ鋼線を、十センチメートルから１メートルの間隔で、網目状に縦横に配置し、樹脂が硬化した後で、シース内のＰＣ鋼線にポストテンションを掛け、この方法で、外気圧による、膨張と収縮の交番応力の内の、膨張する力を、ＰＣ鋼線のポストテンションの緊張力によって、相殺する構造物を製造する、市販されている炭素繊維、金属繊維、シース、ＰＣ鋼線、樹脂の構成材料で実施。
上記の方法で構造物製造の途中で、ハニカム構造が事故の外力で潰れるのを防ぐために、ハニカム構造の六角柱の中空のなかに、直径１ミリメートルから十ミリメートルの、数の子の卵形状の小球を、六角柱中空の空間を満たすまで充填し、数の子の卵形状の小球は、ポリカーボネイト、ポリ塩化テレフタレートの樹脂でできており、この小球の内部には、１気圧から十気圧のガスが封入されており、この方法により製造された、ハニカム構造物を製造する方法で実施。
上記の方法で構造物製造の途中で、ハニカム構造が事故の外力で潰れるのを防ぐために、ハニカム構造の六角柱の中空のなかに、直径１ミリメートルから十ミリメートルの、数の子の卵形状の小球を、六角柱中空の空間を満たすまで充填し、数の子の卵形状の小球は、ポリカーボネイト、ポリ塩化テレフタレートの樹脂でできており、この小球の内部には、１気圧から十気圧のガスが封入されており、この方法により製造された、ハニカム構造物を製造する、市販されているポリカーボネイト、ポリ塩化テレフタレート、樹脂の構成材料で実施。
上記の方法で、炭素繊維と金属繊維の中に、網目形状に配置されたシース内のＰＣ鋼線に、ストレインゲージの応力センサを取り付け、この方法で、ＰＣ鋼線の応力を常時、コンピュータで管理する方法で実施。
上記の方法で、炭素繊維と金属繊維の中に、網目形状に配置されたシース内のＰＣ鋼線に、ストレインゲージの応力センサを取り付け、この方法で、ＰＣ鋼線の応力を常時、コンピュータで管理する、市販されているシース、ＰＣ鋼線、応力を伝える電気配線、コンピュータ、ストレインゲージ、応力センサの構成材料で実施。

Claims

炭素繊維の束と鉄、銅、アルミ等、金属繊維を縒り合せて、直径０.０１ミリメートルから、数十ミリメートルの混紡繊維をつくる。この混紡繊維を、毛糸の編み方である、こま編み、うね編、すじ編などを組み合わせた編み方で、ハニカム構造やパイプ構造などの、立体構造に編み上げる。この構造を、積層、連結して、さらに編み上げる。この方法で、継ぎ目の無い、混紡繊維の三次元の立体構造をつくる。この立体構造を、樹脂等にひたし、なじませる。これを整形する。樹脂は、混紡繊維を内部に含んで、一体となって硬化する。この方法により、炭素繊維の機体に対する重量比を５０パーセントから９９パーセントに高め、軽量で破断しにくい複合一体構造物とする製造方法。
炭素繊維の束と鉄、銅、アルミ等、金属繊維を縒り合せる。直径０.０１ミリメートルから、数十ミリメートルの混紡繊維をつくる。この混紡繊維を、毛糸の編み方である、こま編み、うね編、すじ編などを組み合わせた編み方で、ハニカム構造やパイプ構造などの、立体構造に編み上げる。この構造を、積層、連結して、さらに編み上げる。この方法で、継ぎ目の無い、混紡繊維の三次元の立体構造をつくる。この立体構造を、樹脂等にひたし、なじませる。これを整形する。樹脂は、混紡繊維を内部に含んで、一体となって硬化する。この方法により、炭素繊維の機体に対する重量比を５０パーセントから９９パーセントに高め、軽量で破断しにくい複合一体構造物とする、炭素繊維、金属繊維、樹脂等の構成材料。
請求項１の方法で、航空機等の胴体や翼等を製造の途中で、編みあがった混紡繊維の中央に、シース（鞘）に通したＰＣ（プレストレストコンクリート）鋼線を、数十センチメートルから数メートルの間隔で、網目状に縦横に配置する。樹脂等が硬化した後で、シース内のＰＣ鋼線にポストテンションを掛ける。この方法で、機体の外気圧による、膨張と収縮の交番応力の内の、膨張する力を、ＰＣ鋼線のポストテンションの緊張力によって、相殺することができる。ＰＣ鋼線は、落雷時の大電流を通すことが可能である。この方法で、機体の強度を高め、疲労を遅らせる構造物を製造する方法。
請求項１の方法で、航空機等の胴体や翼等を製造の途中で、編みあがった混紡繊維の中央に、シースに通したＰＣ鋼線を、数十センチメートルから数メートルの間隔で、網目状に縦横に配置する。樹脂等が硬化した後で、シース内のＰＣ鋼線にポストテンションを掛ける。この方法で、機体の外気圧による、膨張と収縮の交番応力の内の、膨張する力を、ＰＣ鋼線のポストテンションの緊張力によって、相殺することができる。ＰＣ鋼線は、落雷時の大電流を通すことが可能である。この方法で、機体の強度を高め、疲労を遅らせる構造物を製造する、炭素繊維、金属繊維、シース、ＰＣ鋼線、樹脂等の構成材料。
請求項１の方法で製造の途中で、ハニカム構造が事故などの外力で潰れるのを防ぐために、ハニカム構造の六角柱の中空のなかに、直径１ミリメートルから数十ミリメートルの、数の子の球形状の小球を、六角柱中空の空間を満たすまで充填する。数の子の球形状の小球は、ポリカーボネイト、ポリ塩化テレフタレート等の樹脂でできている。この小球の内部には、１気圧から数十気圧のガスが封入されている。この方法により製造された、外力で潰れにくいハニカム構造を製造する方法。
請求項１の方法で製造の途中で、ハニカム構造が事故などの外力で潰れるのを防ぐために、ハニカム構造の六角柱の中空のなかに、直径１ミリメートルから数十ミリメートルの、数の子の球形状の小球を、六角柱中空の空間を満たすまで充填する。数の子の球形状の小球は、ポリカーボネイト、ポリ塩化テレフタレート等の樹脂でできている。この小球の内部には、１気圧から数十気圧のガスが封入されている。この方法により製造された、外力で潰れにくいハニカム構造を製造する、ポリカーボネイト、ポリ塩化テレフタレート、樹脂等の構成材料。
請求項３の方法で、炭素繊維と金属繊維の中に、網目形状に配置されたシース内のＰＣ鋼線に、ストレインゲージ等の応力センサを取り付ける。この方法で、ＰＣ鋼線の応力を常時、コンピュータで管理する方法。
請求項３の方法で、炭素繊維と金属繊維の中に、網目形状に配置されたシース内のＰＣ鋼線に、ストレインゲージ等の応力センサを取り付ける。この方法で、ＰＣ鋼線の応力を常時、コンピュータで管理する、シース、ＰＣ鋼線、応力を伝える電気配線、コンピュータ、ストレインゲージ、応力センサ等の構成材料。