JP2015072042A - 継手及び航空機構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】母材に対して部材を高精度に位置決めする、ことを目的とする。
【解決手段】母材２１に設けられるパイ型継手２０は、板材３０が差し込まれる溝部が形成されて母材２１と板材３０とを接着により接合させる。そして、パイ型継手２０は、溝部底面の全面に、板材３０と嵌め合わされる嵌合形状３２Ａ−１が形成され、溝部底面の一部に、板材３０と嵌め合わされる嵌合形状３２Ａ−２が形成される。また、板材３０におけるパイ型継手２０との接合面には、パイ型継手２０の溝部底面と嵌め合わされる嵌合形状３２Ｂ−１，３２Ｂ−２が形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、継手及び航空機構造に関するものである。
航空機の分野において、例えば炭素繊維強化プラスチック（Carbon-Fiber-Reinforced
Plastic：ＣＦＲＰ）等の複合材の適用範囲が一次構造へ拡大している。そして、複合材が軽量であるというメリットを生かして、構造の軽量化を達成するためにはファスナを用いない継手が好ましい。
継手の例としては、溝部が形成されて、この溝部に部材（例えば板材）を差し込む、所謂パイ（π）型の継手が挙げられる。
継手に差し込まれた板材は接着剤によって接着され、継手と母材も接着剤によって接着される。これにより、板材は母材に接合される。
そして、構造の組み立てにおいて、母材に接合される板材は高精度に位置決めされなければならない。すなわち、継手が予め母材に設けられている場合は、継手に対して板材が高精度に位置決めされる必要がある。
特許文献１では、板材の側面に位置決め用のピン（突起物）を設け、継手の側面にこのピンが嵌め合わされる切欠きを設け、板材のピンが継手の切欠きに嵌るように板材を差し込むことで、位置決めを行うことが開示されている。
米国特許第８４０３５８６号明細書
しかしながら、特許文献１に開示されている構成では、板材の側面に突起物を設け、継手の側面に切欠きを設ける必要があり、組み立ての工程が増加する。また、切欠きを設けることは、強度の観点からも好ましくない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、組み立ての工数を増加させることなく、かつ強度を低下させることなく、母材に対して部材を高精度に位置決めできる、継手及び航空機構造を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の継手及び航空機構造は以下の手段を採用する。
本発明の第一態様に係る継手は、母材に設けられ、部材が差し込まれる溝部が形成されて前記母材と前記部材とを接着により接合させるための継手であって、前記溝部の底面の全面に、前記部材と嵌め合わされる第１嵌合形状が形成される。
本構成に係る継手は、母材に設けられ、部材が差し込まれる溝部が形成されて母材と部材とを接着により接合させるものである。なお、部材とは、例えば板材である。部材と溝部との間隙に接着剤が充填されることにより、部材は継手に接着される。また、継手は、母材に対して例えば接着剤によって接着される。
継手に差し込まれる部材は、精度よくその位置が決められる必要がある。
そこで、溝部の底面の全面には、部材と嵌め合わされる第１嵌合形状が形成される。すなわち、部材にも第１嵌合形状に応じた嵌合形状が形成されており、溝部の底面の第１嵌合形状と部材の嵌合形状とが嵌め合わされる。これにより、部材は、第１嵌合形状と合致する位置にのみ嵌め合わされる。
なお、第１嵌合形状は、例えば、溝部の幅の中心線を軸に左右対称な形状、又は左右非対称な形状である。
従って、本構成によれば、組み立ての工数を増加させることなく、かつ強度を低下させることもなく、母材に対して部材を高精度に位置決めできる。
上記第一態様では、前記溝部の底面の一部に、前記部材と嵌め合わされる第２嵌合形状が形成されることが好ましい。
本構成によれば、第２嵌合形状は溝部の長手方向に対する部材の位置決めの基準位置となり、溝部の長手方向に対してしても所望の位置に部材が配置可能となる。第２嵌合形状は、例えば突起形状又は切欠き形状である。
上記第一態様では、前記第１嵌合形状が、前記溝部の幅に対して所定位置に前記部材が位置するように形成されることが好ましい。
本構成によれば、溝部の幅に対して所望の位置に部材を配置できる。所定位置とは、例えば溝部の幅の中心のように、溝部を形成する二面に部材が接触しない位置である。
上記第一態様では、前記溝部を形成する本体部材と、上面に前記嵌合形状が形成される位置決め部材と、を備え、前記位置決め部材は、前記上面が前記溝部の底面となるように前記本体部材に配置され、前記上面で前記部材と接合されることが好ましい。
本構成によれば、継手は溝部が形成されて該溝部に部材が接合される、所謂、パイ（π）型の継手であり、嵌合形状が位置決め部材によって予め形成される。なお、本体部材と位置決め部材とは別構成であってもよいし、一体成型されてもよい。
本発明の第二態様に係る継手は、母材に設けられ、部材が差し込まれる溝部が形成されて前記母材と前記部材とを接着により接合させるための継手であって、前記溝部の幅方向に対する前記部材の位置決めを行うための第１嵌合形状が前記溝部の底面に形成される。
上記第二態様では、前記溝部の長手方向に対する前記部材の位置決めを行うための第２嵌合形状が前記溝部の底面に形成される。
本発明の第三態様に係る航空機構造は、上記記載の継手と、前記継手との接合面に、前記継手の前記底面と嵌め合わされる嵌合形状が形成される部材と、を備え、前記部材が前記継手の前記溝部に差し込まれて接着により接合される。
本発明によれば、母材に対して部材を高精度に位置決めできる、という優れた効果を有する。
航空機の主翼を一部破断して示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るパイ型継手の構成を示す側面図である。 本発明の実施形態に係るパイ型継手の構成を示す斜視図である。 本発明の第１変形例に係るパイ型継手の構成を示す側面図である。 本発明の第２変形例に係るパイ型継手の構成を示す側面図である。 本発明の第３変形例に係るパイ型継手の構成を示す斜視図である。
以下に、本発明に係る継手及び航空機構造の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る継手は、母材に設けられ、部材が差し込まれる溝部が形成されて母材と部材とを接着により接合させる、所謂、パイ（π）型の継手（以下「パイ型継手」という。）２０（図２等参照）である。
図１は、航空機１の主翼を一部破断して示す斜視図である。
主翼１には、上側スキン３、下側スキン５、前側スパー７、後側スパー９、及び複数のリブ１１が備えられる。
上側スキン３及び下側スキン５は、主翼１の外形を構成し、空力面も兼ねる薄板であり、前側スパー７、後側スパー９及びストリンガ（図示省略）とともに主翼１に働く引っ張り荷重や、圧縮荷重の一部を受け持つものである。
前側スパー７及び後側スパー９は、図１に示されるように、主翼１の翼長方向に延びる構造部材であって、上側スキン３及び下側スキン５との間にわたって配置される部材である。
前側スパー７と後側スパー９との間を、主翼１の翼長方向に延びる補助部材である複数のストリンガが上側スキン３又は下側スキン５の内側面に配置される。
リブ１１は、図１に示すように、主翼１の翼幅方向に延びるとともに、上側スキン３及び下側スキン５の間にわたって配置される構造部材である。換言すると、リブ１１は、前側スパー７及び後側スパー９と略直交する方向に延びる構造部材であって、主翼１の断面形状に形成された板状の部材である。
ここで、本実施形態に係るパイ型継手２０は、例えば上側スキン３と前側スパー７や後側スパー９との接合、下側スキン５と前側スパー７や後側スパー９との接合、リブ１１と前側スパー７や後側スパー９との接合等に用いられる。なお、パイ型継手２０は、航空機の主翼１以外の構造に用いられてもよい。
図２は、本実施形態に係るパイ型継手２０の構成を示す側面図である。
母材２１に設けられるパイ型継手２０は、溝部２２が形成される本体部材２４と、上面２６Ａに嵌合形状に３２Ａ−１，３２Ａ−２（図３も参照）が形成される位置決め部材２６（フィラーともいう。）とで構成される。
パイ型継手２０は、本体部材２４を形成する一対のＬ字型部材２８の二面が対向して配置されて溝部２２が形成され、位置決め部材２６の上面２６Ａが溝部２２の底面となるように構成される。
パイ型継手２０は、例えば、上述のように航空機の機体構造に用いられ、機体構造の一部を構成する部材（本実施形態では一例として板材３０）が溝部２２に差し込まれる。例えば、前側スパー７や後側スパー９が母材２１であり、リブ１１が板材３０である。
そして、差し込まれた板材３０の下面は、位置決め部材２６の上面２６Ａと接合される。
位置決め部材２６は、その上面２６Ａに、詳細を後述する嵌合形状３２Ａ−１，３２Ａ−２（図３も参照）が予め形成されており、この嵌合形状３２Ａ−１，３２Ａ−２によって板材３０の位置が所望の位置に固定される。すなわち、位置決め部材２６は、板材３０の位置決め機能を有する。
そして、板材３０と溝部２２との間隙に接着剤が充填されることにより、板材３０はパイ型継手２０に接着される。一方、パイ型継手２０は、母材２１に対して接着剤によって接着される。なお、母材２１とパイ型継手２０との接着方法及びパイ型継手２０と板材３０との接着方法は、特に限定されるものではない。
このように、パイ型継手２０を用いた接着により、ファスナが用いられることなく、板材３０は母材２１に接合される。
パイ型継手２０、母材２１、及び板材３０の材質は、例えば、炭素繊維強化プラスチック（Carbon-Fiber-Reinforced Plastic：ＣＦＲＰ）等の複合材である。ＣＦＲＰは、補強材として炭素繊維が用いられ、マトリックスとして合成樹脂が用いられる。なお、これに限らず、パイ型継手２０、母材２１、及び板材３０の材質として、アルミ合金等の金属が用いられてもよい。
本実施形態に係るパイ型継手２０は、図２の拡大図に示されるように、溝部２２の底面（以下「溝部底面」という。）２２Ａが、位置決め部材２６の上面２６Ａとなる。このため、溝部底面２２Ａの全面に、板材３０と嵌め合わされる嵌合形状３２Ａ−１が形成されることとなる。
このように、嵌合形状３２Ａ−１は、溝部底面２２Ａの全体に渡って形成されているため、面で板材３０の位置決めを行うものである。換言すると、嵌合形状３２Ａ−１は、溝部２２の幅方向に対する板材３０の位置決めを行う。
本実施形態に係る嵌合形状３２Ａ−１は、一例として、溝部２２の幅（以下「溝幅」という。）の中心線ＣＬを軸に左右対称な形状であり、図２の例ではＶ字型である。
このＶ字型の嵌合形状３２Ａ−１が、溝部２２の長手方向に向かって形成される。
なお、溝部底面２２Ａの全面とは、略全面も含み、例えば溝部底面２２Ａの長手方向の両端部近辺に嵌合形状３２Ａ−１が形成されない、溝部底面２２Ａの長手方向の中央部近辺に嵌合形状３２Ａ−１が形成されない、又溝部底面２２Ａの長手方向の複数個所に嵌合形状３２Ａ−１が形成されない等、溝部底面２２Ａの一部に嵌合形状３２Ａ−１が形成されていなくてもよい。
板材３０におけるパイ型継手２０との接合面にも、溝部底面２２Ａの嵌合形状３２Ａ−１に応じた嵌合形状３２Ｂ−１が形成される。図２の例では、板材３０に形成される嵌合形状３２Ｂ−１もＶ字型である。嵌合形状３２Ａ−１，３２Ｂ−１が共にＶ字型とされることで、板材３０がスムーズに溝部底面２２Ａに嵌合する。
なお、嵌合形状３２Ａ−１は、溝幅に対して所定位置に板材３０が位置するように形成される。
上記所定位置とは、例えば溝幅の中心のように、溝部２２を形成するＬ字型部材２８の二面に板材３０が接触しない位置である。板材３０が溝部２２を形成するＬ字型部材２８の二面に接触すると、板材３０の左右に均等に接着剤が充填できなくなる。
図３は、本実施形態に係るパイ型継手２０の構成を示す斜視図である。
図３に示されるように、本実施形態に係るパイ型継手２０は、溝部底面２２Ａの一部に、板材３０と嵌め合わされる嵌合形状３２Ａ−２が形成される。本実施形態に係る嵌合形状３２Ａ−２は、一例として切欠き形状である。
このように、嵌合形状３２Ａ−２は、溝部底面２２Ａの一部に形成されているため、点で板材３０の位置決めを行うものである。換言すると、嵌合形状３２Ａ−２は、溝部２２の長手方向に対する板材３０の位置決めの基準位置となり、溝部２２の長手方向に対する板材３０の位置決めを行う。
一方、板材３０には、嵌合形状３２Ａ−２と嵌め合わされる嵌合形状３２Ｂ−２が形成される。本実施形態に係る嵌合形状３２Ｂ−２は、嵌合形状３２Ａ−２と嵌め合い可能とされる突起形状である。
そして、溝部底面２２Ａの嵌合形状３２Ａ−１，３２Ａ−２と板材３０の嵌合形状３２Ｂ−１，３２Ｂ−２とが嵌め合わされる。これにより、板材３０Ａは溝部底面２２Ａの嵌合形状３２Ａ−１，３２Ａ−２と合致する位置にのみ嵌め合わされる。
なお、図３に示される嵌合形状３２Ａ−２，３２Ｂ−２は、一例として、一つであるが、これに限らず、２つ以上が例えば等間隔で形成されてもよい。さらに、嵌合形状３２Ａ−２，３２Ｂ−２は、一例として、溝部２２の長手方向の略中央に形成されているが、これに限らず、例えば、溝部２２の端部近辺に形成されてもよい。
図３の例では、Ｌ字型部材２８（本体部材２４）と位置決め部材２６とが別構成とされているが、Ｌ字型部材２８（本体部材２４）と位置決め部材２６とが一体成型されてもよい。なお、パイ型継２０を構成するＬ字型部材２８及び位置決め部材２６の成形方法は特に限定されない。
以上説明したように、本実施形態に係るパイ型継手２０は、母材２１に設けられ、板材３０が差し込まれる溝部２２が形成されて、母材２１と板材３０とを接着により接合させるものである。そして、パイ型継手２０は、溝部底面２２Ａの全面に、板材３０と嵌め合わされる嵌合形状３２Ａ−１が形成され、溝部底面２２Ａの一部に、板材３０と嵌め合わされる嵌合形状３２Ａ−２が形成される。
一方、板材３０におけるパイ型継手２０との接合面には、パイ型継手２０の溝部底面２２Ａと嵌め合わされる嵌合形状３２Ｂ−１，３２Ｂ−２が形成される。
従って、本実施形態に係るパイ型継手２０は、溝部底面２２Ａの嵌合形状３２Ａ−１により、溝幅に対して所望の位置に板材３０を配置できる。すなわち、溝部底面２２Ａの嵌合形状３２Ａ−１によって、板材３０は、溝幅方向（図２，３のＡ方向）に対し高精度に位置決めされる。
また、本実施形態に係るパイ型継手２０は、溝部底面２２Ａの嵌合形状３２Ａ−２によって、板材３０は、溝部２２の長手方向（図３のＢ方向）に対しても高精度に位置決めされる。
また、本実施形態に係るパイ型継手２０に対して板材３０を溝部底面２２Ａに向かって差し込むだけで、板材３０は、溝部２２の上下方向（図２，３のＣ方向）に対しても高精度に位置決めされる。
また、本実施形態に係るパイ型継手２０は、嵌合形状３２Ａ−１，３２Ａ−２による板材３０との嵌め合わせにより、パイ型継手２０に対して板材３０が斜めに傾斜して接合されることも防止される。
さらに、パイ型継手２０には予め嵌合形状３２Ａ−１，３２Ａ−２が形成され、板材３０には予め嵌合形状３２Ｂ−１，３２Ｂ−２が形成されている。このため、パイ型継手２０に板材３０を差し込むだけで、位置決めができるので、例えば位置決めピンを用いるような従来の方法に比べて、構造組み立ての工程を簡略化でき、組み立てに要する時間を短縮できる。
〔第１変形例〕
以下、本発明の第１変形例について説明する。
図４は、本発明の第１変形例に係るパイ型継手２０の側面図である。なお、図４における図２と同一の構成部分については図２と同一の符号を付して、その説明を省略する。
本第１変形例に係る溝部底面２２Ａの嵌合形状３２Ａ−１は、溝幅の中心線ＣＬを軸に左右非対称な形状とされる。
図４に示されるように、本第１変形例では、嵌合形状３２Ａ−１は、略中心に凸型の円弧形状（Ｒ形状）が形成され、その左右では高さの異なる平坦形状が形成される。
一方、板材３０には、嵌合形状３２Ａ−１と嵌め合わされる嵌合形状３２Ｂ−１として、凹型の円弧形状とその左右に高さの異なる平坦形状が形成される。
〔第２変形例〕
以下、本発明の第２変形例について説明する。
図５は、本発明の第２変形例に係るパイ型継手２０の側面図である。なお、図５における図２と同一の構成部分については図２と同一の符号を付して、その説明を省略する。
本第２変形例に係る溝部底面２２Ａの嵌合形状３２Ａ−１は、溝幅の中心線ＣＬを軸に左右非対称な形状とされる。
図５に示されるように、本第２変形例では、嵌合形状３２Ａ−１は、一方に斜面（テーパ形状）が形成され、他方に段差を有する平坦形状が形成される。
一方、板材３０には、嵌合形状３２Ａ−１と嵌め合わされる嵌合形状３２Ｂ−１として、一方に斜面が形成され、他方に段差を有する平坦形状が形成される。
〔第３変形例〕
以下、本発明の第３変形例について説明する。
図６は、本発明の第３変形例に係るパイ型継手２０の斜視図である。なお、図６における図３と同一の構成部分については図３と同一の符号を付して、その説明を省略する。
図６に示されるように、本第３変形例に係るパイ型継手２０は、嵌合形状３２Ａ−２として、突起形状が位置決め部材２６に形成される。
一方、板材３０には、嵌合形状３２Ａ−２と嵌め合わされる嵌合形状３２Ｂ−２として、切欠き形状が形成される。
以上、本発明を、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば、上記実施形態では、パイ型継手２０を航空機構造に用いる形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、パイ型継手２０を航空機以外の構造に用いる形態としてもよい。
また、上記実施形態では、位置決め部材２６に嵌合形状３２Ａ−１及び嵌合形状３２Ａ−２が形成され、板材３０に嵌合形状３２Ｂ−１及び嵌合形状３２Ｂ−２が形成される形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、位置決め部材２６に嵌合形状３２Ａ−１のみが形成され、板材３０に嵌合形状３２Ｂ−１のみが形成される形態としてもよい。
１ 主翼
２０ パイ型継手
２１ 母材
２２ 溝部
２４ 本体部材
２６ 位置決め部材
３０ 板材
３２Ａ−１ 嵌合形状
３２Ａ−２ 嵌合形状
３２Ｂ−１ 嵌合形状
３２Ｂ−２ 嵌合形状

Claims (7)

  1. 母材に設けられ、部材が差し込まれる溝部が形成されて前記母材と前記部材とを接着により接合させるための継手であって、
    前記溝部の底面の全面に、前記部材と嵌め合わされる第１嵌合形状が形成される継手。
  2. 前記溝部の底面の一部に、前記部材と嵌め合わされる第２嵌合形状が形成される請求項１記載の継手。
  3. 前記第１嵌合形状は、前記溝部の幅に対して所定位置に前記部材が位置するように形成される請求項１又は請求項２記載の継手。
  4. 前記溝部を形成する本体部材と、
    上面に前記嵌合形状が形成される位置決め部材と、
    を備え、
    前記位置決め部材は、前記上面が前記溝部の底面となるように前記本体部材に配置され、前記上面で前記部材と接合される請求項１から請求項３の何れか１項記載の継手。
  5. 母材に設けられ、部材が差し込まれる溝部が形成されて前記母材と前記部材とを接着により接合させるための継手であって、
    前記溝部の幅方向に対する前記部材の位置決めを行うための第１嵌合形状が前記溝部の底面に形成される継手。
  6. 前記溝部の長手方向に対する前記部材の位置決めを行うための第２嵌合形状が前記溝部の底面に形成される請求項５記載の継手。
  7. 請求項１から請求項６の何れか１項記載の継手と、
    前記継手との接合面に、前記継手の前記底面と嵌め合わされる嵌合形状が形成される部材と、
    を備え、
    前記部材が前記継手の前記溝部に差し込まれて接着により接合される航空機構造。
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