JP2019162823A

JP2019162823A - 複合材料構造体及び複合材料構造体の製造方法

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Publication number: JP2019162823A
Application number: JP2018052723A
Authority: JP
Inventors: 俊哉荒木; Toshiya Araki; 智生滝沢; Tomoo TAKIZAWA; 弘晃山口; Hiroaki Yamaguchi; 村木　俊宣; Toshinobu Muraki; 俊宣村木; 駿佑吉野; Shunsuke Yoshino
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2019-09-26
Anticipated expiration: 2038-03-20
Also published as: JP7093655B2; WO2019181184A1; US20210065925A1; US11763958B2; EP3769962A4; EP3769962A1

Abstract

【課題】強化繊維が樹脂に含浸された複合材料が接合された複合材料構造体において、適切な耐雷対策が施された複合材料構造体及び複合材料構造体の製造方法を提供すること。【解決手段】複合材料構造体１０は、第１複合材料１１と、第２複合材料１２と、低導電性材料１３とを含む。第１複合材料１１は、導電性を有する第１強化繊維と第１強化繊維に含浸された第１樹脂とを有する。第２複合材料１２は、第１複合材料１１と一体化され、導電性を有する第２強化繊維と第２強化繊維に含浸された第２樹脂とを有する。低導電性材料１３は、電気抵抗が第１樹脂及び第２樹脂よりも低く第１強化繊維及び第２強化繊維以上の低導電性を有し、第１強化繊維と第２強化繊維とを電気的に接続する。【選択図】図１

Description

本発明は、複合材料構造体及び複合材料構造体の製造方法に関する。

航空機、自動車、車両、船舶等の構造物を構成する構造体に、強化繊維に樹脂を含浸させた複合材料が用いられる。この構造体は、複合材料同士が接合されて一体化したものがある。複合材料同士の接合は、接着材等による接着、ボルト及びナット等による締結等の形態が例示される。

また、金属材料が絶縁材料を介して一体化した構造体には、一体化された金属材料間に電気的導通を設けることで、耐雷対策が施された構造が提案されている（特許文献１参照）。

米国特許第８８５４７８７号明細書

複合材料同士が接合されて一体化した構造体、すなわち複合材料構造体は、強化繊維が導電性を有する場合でも、導電性を有さない樹脂に覆われる場合があるため、特許文献１の方法により耐雷対策を施すことができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、強化繊維が樹脂に含浸された複合材料が接合された複合材料構造体において、適切な耐雷対策が施された複合材料構造体及び複合材料構造体の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、複合材料構造体は、導電性を有する第１強化繊維と前記第１強化繊維に含浸された第１樹脂とを有する第１複合材料と、前記第１複合材料と一体化され、導電性を有する第２強化繊維と前記第２強化繊維に含浸された第２樹脂とを有する第２複合材料と、電気抵抗が前記第１樹脂及び前記第２樹脂よりも低く前記第１強化繊維及び前記第２強化繊維以上の低導電性を有し、前記第１強化繊維と前記第２強化繊維とを電気的に接続する低導電性材料と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、第１樹脂が含浸した第１強化繊維と第２樹脂が含浸した第２強化繊維との間を、電気抵抗が第１樹脂及び第２樹脂よりも低く第１強化繊維及び第２強化繊維以上の低導電性材料で導通を取っているため、雷による電気を第１複合材料及び第２複合材料に損傷を残さない適切な範囲で流すことができるので、適切な耐雷対策が施されたものとすることができる。

この構成において、電気絶縁性を有し、前記第１複合材料と前記第２複合材料とを接着することで一体化する絶縁性接着剤層と、をさらに含んでいてもよい。この構成によれば、低コスト化、かつ、構造物全体の軽量化がなされた場合でも、同様に適切な耐雷対策が施されたものとすることができる。

これらの構成において、前記低導電性材料は、一端が前記第１樹脂に埋設されることにより前記第１強化繊維と電気的に接続し、他端が前記第２樹脂に埋設されることにより前記第２強化繊維と電気的に接続していることが好ましい。この構成によれば、埋設した一端及び他端で、低導電性材料が第１強化繊維及び第２強化繊維と導通を取ることができるので、雷による電気が流れる経路を適切に設定することができる。

低導電性材料の一端が前記第１樹脂に埋設されて第１強化繊維と電気的に接続し、他端が第２樹脂に埋設されて第２強化繊維と電気的に接続している形態において、前記第１樹脂及び前記第２樹脂は、ともに熱可塑性樹脂であってもよい。この構成によれば、第１樹脂及び第２樹脂を加熱及び冷却することにより、雷による電気が流れる経路を適宜調整並びに変更することができる。

あるいは、低導電性材料の別の形態として、前記低導電性材料は、一端が前記第１強化繊維のうち前記第１複合材料の表面に露出した第１露出部分と電気的に接続し、他端が前記第２強化繊維のうち前記第２複合材料の表面に露出した第２露出部分と電気的に接続していることが好ましい。この構成によれば、第１露出部分及び第２露出部分において、低導電性材料が第１強化繊維及び第２強化繊維と導通を取ることができるので、雷による電気が流れる経路を適切に設定することができる。

また、低導電性材料のさらに別の形態として、前記低導電性材料は、前記第１複合材料と前記第２複合材料とを貫通して配置されることで前記第１複合材料と前記第２複合材料とを一体化するファスナを覆う低導電性スリーブを含むことが好ましい。この構成によれば、第１複合材料と第２複合材料とをファスナで一体化させる必要がある場合でも、同様に適切な耐雷対策が施されたものとすることができる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、複合材料構造体の製造方法は、導電性を有する第１強化繊維と前記第１強化繊維に含浸された第１樹脂とを有する第１複合材料を準備する第１複合材料準備ステップと、導電性を有する第２強化繊維と前記第２強化繊維に含浸された第２樹脂とを有する第２複合材料を準備する第２複合材料準備ステップと、電気抵抗が前記第１樹脂及び前記第２樹脂よりも低く前記第１強化繊維及び前記第２強化繊維以上の低導電性を有し、前記第１強化繊維と前記第２強化繊維とを電気的に接続する低導電性材料を設置する低導電性材料設置ステップと、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、低導電性材料設置ステップにより、第１樹脂が含浸した第１強化繊維と第２樹脂が含浸した第２強化繊維との間を、電気抵抗が第１樹脂及び第２樹脂よりも低く第１強化繊維及び第２強化繊維以上の低導電性材料で導通を取るため、雷による電気を第１複合材料及び第２複合材料に損傷を残さない適切な範囲で流すことを可能にし、適切な耐雷対策を施した複合材料構造体を得ることができる。

図１は、第１の実施形態に係る複合材料構造体を示す斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、第１の実施形態に係る複合材料構造体の製造方法を示すフローチャートである。図４は、第２の実施形態に係る複合材料構造体を示す斜視図である。図５は、図４のＢ−Ｂ断面図である。図６は、第３の実施形態に係る複合材料構造体を示す斜視図である。図７は、図６のＣ−Ｃ断面図である。図８は、第４の実施形態に係る複合材料構造体を示す斜視図である。図９は、図８のＤ−Ｄ断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る複合材料構造体１０を示す斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。複合材料構造体１０は、図１及び図２に示すように、第１複合材料１１と、第２複合材料１２と、低導電性材料１３と、を含む。複合材料構造体１０は、第１の実施形態では航空機の胴体に用いられるものが例示されるが、本発明ではこれに限定されず、自動車、車両、船舶等のその他の構造物に用いられるものであってもよい。

第１複合材料１１は、導電性を有する第１強化繊維と、第１強化繊維に含浸した第１樹脂とを有する。第１樹脂は、第１強化繊維を覆う場合がある。第１複合材料１１は、第１の実施形態では、航空機の胴体におけるストリンガ、フレームまたはロンジロン等に用いられるＴ字状の柱体が例示される。第１複合材料１１は、具体的には、第２複合材料１２の一方の平面と対向して設けられる板状のフランジ部と、このフランジ部に直交する方向に沿って延びる板状のウェブ部と、が一体化された形状が例示される。第１複合材料１１は、図２に示すように、ウェブ部に、ウェブ部を直交する方向に沿って貫通する貫通孔１１ａが設けられている。なお、第１複合材料１１の形状は、本発明はこれに限定されず、第２複合材料１２に対して接続され、一体化される面を有する形状であれば、いかなる形状であってもよい。

第２複合材料１２は、導電性を有する第２強化繊維と、第２強化繊維に含浸した第２樹脂とを有する。第２樹脂は、第２強化繊維を覆う場合がある。第２複合材料１２は、第１の実施形態では、航空機の胴体におけるスキンに用いられる板状が例示される。第２複合材料１２は、第１複合材料１１のフランジ部と対向している側の面において、第１複合材料１１が設けられる領域と隣接した所定の領域に、後述する低導電性材料１３が埋設される埋設部１２ａが設けられている。第２複合材料１２の形状は、本発明はこれに限定されず、第１複合材料１１に対して接続され、一体化される面を有するいかなる形状であってもよい。

第１強化繊維及び第２強化繊維は、いずれも、５μｍ以上７μｍ以下の基本繊維を数１００本から数１０００本程度束ねたものが例示される。第１強化繊維及び第２強化繊維を構成する基本繊維は、導電性を有するカーボン繊維、及び金属繊維が好適なものとして例示される。なお、第１複合材料１１及び第２複合材料１２は、導電性を有する第１強化繊維及び第２強化繊維に加えて、ガラス繊維、アラミド繊維及びプラスチック繊維が混合されていてもよい。

第１樹脂及び第２樹脂は、いずれも、主要成分が熱硬化性樹脂であるものが例示され、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びビニルエステル樹脂が例示される。なお、第１樹脂及び第２樹脂は、熱硬化性樹脂に加えて、熱可塑性樹脂が混合されていてもよい。ここで、混合される熱可塑性樹脂は、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、及びポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が例示される。また、第１樹脂及び第２樹脂は、これに限定されず、その他の樹脂でもよい。

強化繊維に含浸される樹脂が熱硬化性樹脂の場合、熱硬化性樹脂は、軟化状態と、硬化状態と、半硬化状態と、になることができる。軟化状態は、熱硬化性樹脂を熱硬化させる前の状態である。軟化状態は、自己支持性を有さない状態であり、支持体に支持されていない場合に形状を保持できない状態である。軟化状態は、加熱されて、熱硬化性樹脂が熱硬化反応をすることができる状態である。硬化状態は、熱硬化性樹脂を熱硬化させた後の状態である。硬化状態は、自己支持性を有する状態であり、支持体に支持されていない場合でも形状を保持できる状態である。硬化状態は、加熱されても、熱硬化樹脂が熱硬化反応をすることができない状態である。半硬化状態は、軟化状態と硬化状態との間の状態である。半硬化状態は、硬化状態よりも弱い程度の熱硬化を熱硬化性樹脂にさせた状態である。半硬化状態は、自己支持性を有する状態であり、支持体に支持されていない場合でも形状を保持できる状態である。半硬化状態は、加熱されて、熱硬化性樹脂が熱硬化反応をすることができる状態である。以下において、強化繊維に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させた複合材の中間基材を、適宜、プリプレグと称する。

低導電性材料１３は、電気抵抗が、第１樹脂及び第２樹脂よりも低く、第１強化繊維及び第２強化繊維以上の低導電性を有する。低導電性材料１３を構成する低導電性の材料は、第１の実施形態では、樹脂を含み電気絶縁性を有する絶縁材料に、導電性を有する炭素粉末を混合して形成され、所定の形状に成形された材料が例示される。低導電性材料１３を構成する低導電性の材料は、本発明はこれに限定されることなく、低導電性材料１３と第１強化繊維とが電気的に接続している点と、低導電性材料１３と第２強化繊維とが電気的に接続している点と、の間の電気抵抗値が１０^３Ω以上１０^８Ω以下となる材料であれば、いかなる材料が用いられてもよい。

低導電性材料１３は、図１及び図２に示すように、領域１３ａと、領域１３ｂと、領域１３ｃと、を有する。領域１３ａは、第１強化繊維と第２強化繊維とのいずれとも接触していない部分である。領域１３ａは、領域１３ｂと領域１３ｃとの間にある領域であり、その一部において、第１複合材料１１と第２複合材料１２とが対向している方向に延びて第１複合材料１１の側面に接触して配置されている。領域１３ｂは、低導電性材料１３の一端の領域であり、領域１３ａの一方側に隣接している部分である。領域１３ｂは、貫通孔１１ａにおいて第１樹脂に埋設されていることにより、第１強化繊維と接触し、第１強化繊維と電気的に接続している部分である。領域１３ｃは、低導電性材料１３の他端の領域であり、領域１３ａの他方側に隣接している部分である。領域１３ｃは、埋設部１２ａにおいて第２樹脂に埋設されていることにより、第２強化繊維と接触し、第２強化繊維と電気的に接続している部分である。

複合材料構造体１０は、このような構造の低導電性材料１３を有するので、低導電性材料１３が第１強化繊維及び第２強化繊維と導通を取ることができるため、雷による電気が流れる経路を適切に設定することができる。

また、複合材料構造体１０は、このような構造の低導電性材料１３の電気抵抗が第１強化繊維及び第２強化繊維以上であるので、好ましくは電気抵抗値が１０^３Ω以上であるので、低導電性材料１３によって、過大な電流が流れてしまって過大なジュール熱が発生してしまったり、内部構造に電気が流入する起点となってしまったりすることを抑制することができる。また、複合材料構造体１０は、このような構造の低導電性材料１３の電気抵抗が第１樹脂及び第２樹脂よりも低いので、好ましくは電気抵抗値が１０^８Ω以下であるので、雷による電気に限らず、静電気によって第１複合材料１１と第２複合材料１２との間に発生する電位差についても、適切に低減することができる。

複合材料構造体１０は、以上のような構成を有するので、第１樹脂が含浸した第１強化繊維と第２樹脂が含浸した第２強化繊維との間を、電気抵抗が第１樹脂及び第２樹脂よりも低く第１強化繊維及び第２強化繊維以上の低導電性材料１３で導通を取っているため、雷による電気を第１複合材料１１及び第２複合材料１２に損傷を残さない適切な範囲で流すことができるので、適切な耐雷対策が施されたものとすることができる。

また、複合材料構造体１０は、埋設した一端及び他端で、低導電性材料１３が第１強化繊維及び第２強化繊維と導通を取ることができるので、雷による電気が流れる経路を適切に設定することができる。

複合材料構造体１０は、図１及び図２に示すように、絶縁性接着剤層１５をさらに含んでいてもよい。絶縁性接着剤層１５は、電気絶縁性を有する接着剤によって形成された層であり、互いに対向している第１複合材料１１のフランジ部の平面と第２複合材料１２の一方の平面とを接着することで、第１複合材料１１と第２複合材料１２とを一体化している。複合材料構造体１０は、絶縁性接着剤層１５をさらに含んでいる場合でも、上記した構造の低導電性材料１３を有するので、絶縁性接着剤層１５において絶縁破壊が起こることを抑制し、絶縁破壊に伴って大量の熱が発生したり破断したりすることを抑制することができる。複合材料構造体１０は、このように、絶縁性接着剤層１５によって第１複合材料１１と第２複合材料１２とを接着することで、低コスト化、かつ、構造物全体の軽量化がなされた場合でも、同様に適切な耐雷対策が施されたものとすることができる。

なお、複合材料構造体１０は、第１の実施形態では、絶縁性接着剤層１５によって第１複合材料１１と第２複合材料１２とを一体化しているが、本発明はこれに限定されず、第１複合材料１１に含まれる第１樹脂または第２複合材料１２に含まれる第２樹脂の硬化等の反応によって第１複合材料１１と第２複合材料１２とを接着して一体化してもよい。この場合にも、低導電性材料１３が、第１複合材料１１と第２複合材料１２との接着部分の絶縁破壊を抑制することができる。

複合材料構造体１０は、図１及び図２に示すように、ボルト１６ａとナット１６ｂとをさらに含んでいてもよい。なお、第１の実施形態では、ボルト１６ａとナット１６ｂとを含むものとしたが、本発明はこれに限定されず、ボルト１６ａとナット１６ｂとを含まない形態であっても構わない。また、ボルト１６ａの代わりにファスナを用いてもよいし、ナット１６ｂの代わりにカラーを用いてもよい。ボルト１６ａは、第１複合材料１１の貫通孔１１ａを貫通して設けられている。ボルト１６ａは、導電性を有していてもよく、第１複合材料１１と対向する全ての方向の面が低導電性材料１３によって覆われている。すなわち、低導電性材料１３は、領域１３ｂにおいて、実質的にボルト１６ａを覆うスリーブを形成するように設けられている。そして、スリーブ状に形成された低導電性材料１３の領域１３ｂの部分は、ボルト１６ａとナット１６ｂとにより締め付けられて貫通孔１１ａの内側に固定されている。複合材料構造体１０は、ボルト１６ａとナット１６ｂとをさらに含んでいる場合でも、このような構造の低導電性材料１３を有するので、ボルト１６ａとナット１６ｂとに過大な電流が流れてしまって過大なジュール熱が発生してしまったり、ボルト１６ａとナット１６ｂとが内部構造に電気が流入する起点となってしまったりすることを抑制することができる。複合材料構造体１０は、このように、強度や製造方法等に起因する都合上、ボルト１６ａとナット１６ｂとを設ける必要がある場合でも、同様に適切な耐雷対策が施されたものとすることができる。

図３は、第１の実施形態に係る複合材料構造体１０の製造方法を示すフローチャートである。第１の実施形態に係る複合材料構造体１０の製造方法は、図３に示すように、第１複合材料準備ステップＳ１１と、第２複合材料準備ステップＳ１２と、低導電性材料設置ステップＳ１３と、を含む。

第１複合材料準備ステップＳ１１は、第１複合材料１１を準備するステップである。第１複合材料準備ステップＳ１１では、第１強化繊維に第１樹脂を含浸させて成形し、さらに貫通孔１１ａを形成することで、第１樹脂が半硬化状態の第１複合材料１１を得る。あるいは、第１複合材料準備ステップＳ１１では、第１強化繊維に第１樹脂を含浸させ、第１樹脂を含浸して成形したシートを積層し、さらに貫通孔１１ａを形成することで、第１樹脂が半硬化状態の第１複合材料１１を得てもよい。

第２複合材料準備ステップＳ１２は、第２複合材料１２を準備するステップである。第２複合材料準備ステップＳ１２では、第２強化繊維に第２樹脂を含浸させて成形することで、第２樹脂が半硬化状態の第２複合材料１２を得る。あるいは、第２複合材料準備ステップＳ１２では、第２強化繊維に第２樹脂を含浸させ、第２樹脂を含浸して成形したシートを積層することで、第２樹脂が半硬化状態の第２複合材料１２を得てもよい。

低導電性材料設置ステップＳ１３は、低導電性材料１３を設置することで、第１強化繊維と第２強化繊維とを電気的に接続するステップである。第１の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３では、まず、低導電性材料１３を所定の形状に成形し、低導電性材料１３の領域１３ｂの部分を、第１複合材料１１の貫通孔１１ａに挿入して嵌め合わされ、かつ、ボルト１６ａが挿入されて嵌め合わされる形状であるスリーブ状に形成する。第１の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３では、次に、第２複合材料１２の埋設部１２ａに低導電性材料１３の領域１３ｃを埋設してコキュア（Ｃｏ−Ｃｕｒｅ）することで、領域１３ｃにおいて低導電性材料１３と第２強化繊維とを電気的に接続する。

ここで、第１の実施形態では、低導電性材料設置ステップＳ１３において第２複合材料１２の埋設部１２ａに低導電性材料１３の領域１３ｃを埋設した後に、第１複合材料１１と第２複合材料１２とが互いに対向する面に電気絶縁性を有する接着剤を塗布して固化させることで、絶縁性接着剤層１５を形成することが好ましい。

第１の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３では、その後に、スリーブ状に形成した低導電性材料１３の領域１３ｂの部分を第１複合材料１１の貫通孔１１ａに挿入することにより、第１複合材料１１の貫通孔１１ａに低導電性材料１３の領域１３ｂを埋設することで、領域１３ｂにおいて低導電性材料１３と第１強化繊維とを電気的に接続する。そして、スリーブ状に形成した低導電性材料１３の領域１３ｂの部分にボルト１６ａを挿入して、ボルト１６ａを挿入した側とは反対側からナット１６ｂで締め付けることで、スリーブ状に形成した低導電性材料１３の領域１３ｂの部分をボルト１６ａとナット１６ｂとにより締め付けて貫通孔１１ａの内側に固定する。このようにして、第１の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３では、第１強化繊維と第２強化繊維とを電気的に接続する低導電性材料１３が設置される。

なお、第１複合材料１１と第２複合材料１２との機械的な一体化処理と、第１複合材料１１または第２複合材料１２と低導電性材料１３との電気的な接続処理とは、必ずしも上記した順序で実施する必要はなく、適宜実施する順序を入れ替えてもよい。

複合材料構造体１０の製造方法は、以上のような構成を有するので、低導電性材料設置ステップＳ１３により、第１樹脂が含浸した第１強化繊維と第２樹脂が含浸した第２強化繊維との間を、電気抵抗が第１樹脂及び第２樹脂よりも低く第１強化繊維及び第２強化繊維以上の低導電性材料１３で導通を取るため、雷による電気を第１複合材料１１及び第２複合材料１２に損傷を残さない適切な範囲で流すことを可能にし、適切な耐雷対策を施した複合材料構造体１０を得ることができる。

［第２の実施形態］
図４は、第２の実施形態に係る複合材料構造体２０を示す斜視図である。図５は、図４のＢ−Ｂ断面図である。第２の実施形態に係る複合材料構造体２０は、第１の実施形態に係る複合材料構造体１０において、低導電性材料１３の設置形態を変更したものである。複合材料構造体２０は、その他の構成については、複合材料構造体１０と同様であるので、その詳細な説明を省略する。

なお、第２の実施形態に係る複合材料構造体２０の説明では、説明の便宜上、明細書中及び図面中で、各構成要素について第１の実施形態に係る複合材料構造体１０の説明と異なる符号を用いている。具体的には、複合材料構造体１０における第１複合材料１１、第２複合材料１２、低導電性材料１３及び絶縁性接着剤層１５とそれぞれ対応する構成について、複合材料構造体２０において、第１複合材料２１、第２複合材料２２、低導電性材料２３及び絶縁性接着剤層２５としている。

複合材料構造体２０は、図４及び図５に示すように、第１複合材料２１と、第２複合材料２２と、低導電性材料２３と、を含む。第１複合材料２１は、第１複合材料１１において、貫通孔１１ａに代えて第１露出部分２１ａが設けられている。第１露出部分２１ａは、第１複合材料２１に含まれる第１強化繊維が第１複合材料２１の表面に露出している部分、すなわち、第１複合材料２１の表面の側から第１強化繊維を覆っていた第１樹脂が除去されている部分である。第１露出部分２１ａは、図５に示すように、第２複合材料２２と対向している側とは反対側の面において、第１複合材料２１の第２複合材料２２が設けられる領域と隣接した所定の領域、すなわち、第１複合材料２１と第２複合材料２２とが対向している方向の第１複合材料２１側から見て後述する第２露出部分２２ａと隣接する領域に、設けられている。第１露出部分２１ａは、第１複合材料２１のこの領域にサンディング等のブラスト処理が施されることにより、形成されている。第１複合材料２１は、その他の構成については、第１複合材料１１と同様である。

第２複合材料２２は、第２複合材料１２において、埋設部１２ａに代えて第２露出部分２２ａが設けられている。第２露出部分２２ａは、第２複合材料２２に含まれる第２強化繊維が第２複合材料２２の表面に露出している部分、すなわち、第２複合材料２２の表面の側から第２強化繊維を覆っていた第２樹脂が除去されている部分である。第２露出部分２２ａは、図５に示すように、第１複合材料２１のフランジ部と対向している側の面において、第２複合材料２２の第１複合材料２１が設けられる領域と隣接した所定の領域、すなわち、第１複合材料２１と第２複合材料２２とが対向している方向の第１複合材料２１側から見て第１露出部分２１ａと隣接する領域に、設けられている。第２露出部分２２ａは、第１露出部分２１ａと同様に、第２複合材料２２のこの領域にサンディング等のブラスト処理が施されることにより、形成されている。第２複合材料２２は、その他の構成については、第２複合材料１２と同様である。

低導電性材料２３は、低導電性材料１３と同様の物性を有し、同様の材料が用いられているが、低導電性材料１３と異なる構造に設置されている。低導電性材料２３は、図４及び図５に示すように、低導電性材料１３と同様に、領域２３ａと、領域２３ｂと、領域２３ｃと、を有する。領域２３ａは、第１強化繊維と第２強化繊維とのいずれとも接触していない部分である。領域２３ａは、領域２３ｂと領域２３ｃとの間にある領域であり、第１複合材料２１と第２複合材料２２とが対向している方向に延びて第１複合材料２１の側面に接触して配置されている。領域２３ｂは、低導電性材料２３の一端の領域であり、領域２３ａの一方側に隣接している部分である。領域２３ｂは、第１露出部分２１ａに接触して設けられることにより、第１強化繊維と接触し、第１強化繊維と電気的に接続している部分である。領域２３ｃは、低導電性材料２３の他端の領域であり、領域２３ａの他方側に隣接している部分である。領域２３ｃは、第２露出部分２２ａに接触して設けられることにより、第２強化繊維と接触し、第２強化繊維と電気的に接続している部分である。

複合材料構造体２０は、第１の実施形態に係る複合材料構造体１０において低導電性材料１３の設置形態を変更したことに伴い、ボルト１６ａとナット１６ｂとが設けられていない形態となっている。

複合材料構造体２０は、このような構造の低導電性材料２３を有するので、上記した低導電性材料１３を有する複合材料構造体１０と同様の作用効果を奏するものとなる。

第２の実施形態に係る複合材料構造体２０の製造方法は、第１の実施形態に係る複合材料構造体１０の製造方法において、第１複合材料準備ステップＳ１１、第２複合材料準備ステップＳ１２及び低導電性材料設置ステップＳ１３をそれぞれ変更したものである。

第２の実施形態に係る第１複合材料準備ステップＳ１１は、第１の実施形態に係る第１複合材料準備ステップＳ１１において、貫通孔１１ａを形成する代わりに、第１露出部分２１ａを形成するものである。第２の実施形態に係る第１複合材料準備ステップＳ１１では、具体的には、第１強化繊維に第１樹脂を含浸させて成形したのち、所定の領域にサンディング等のブラスト処理を施すことにより、第１複合材料２１を得る。

第２の実施形態に係る第２複合材料準備ステップＳ１２は、第１の実施形態に係る第２複合材料準備ステップＳ１２において、埋設部１２ａを形成する代わりに、第２露出部分２２ａを形成するものである。第２の実施形態に係る第２複合材料準備ステップＳ１２では、具体的には、第２強化繊維に第２樹脂を含浸させて成形したのち、所定の領域にサンディング等のブラスト処理を施すことにより、第２複合材料２２を得る。

ここで、第２の実施形態では、低導電性材料設置ステップＳ１３の前に、第１複合材料１１と第２複合材料１２とが互いに対向する面に電気絶縁性を有する接着剤を塗布して固化させることで、絶縁性接着剤層２５を形成することが好ましい。

第２の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３は、第１の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３において、低導電性材料１３を設置する代わりに低導電性材料２３を設置するものである。第２の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３では、まず、第１の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３と同様に、低導電性材料２３を所定の形状に成形する。第２の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３では、次に、第１複合材料２１に形成された第１露出部分２１ａに低導電性材料２３の領域２３ｂを接触して配置し、第２複合材料２２に形成された第２露出部分２２ａに低導電性材料２３の領域２３ｃを接触して配置する。このようにして、第２の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３では、第１強化繊維と第２強化繊維とを電気的に接続する低導電性材料２３が設置される。

複合材料構造体２０の製造方法は、以上のような構成を有するので、上記した複合材料構造体１０の製造方法と同様の作用効果を奏するものとなる。

［第３の実施形態］
図６は、第３の実施形態に係る複合材料構造体３０を示す斜視図である。図７は、図６のＣ−Ｃ断面図である。第３の実施形態に係る複合材料構造体３０は、第２の実施形態に係る複合材料構造体２０と同様に、第１の実施形態に係る複合材料構造体１０において、低導電性材料１３の設置形態を変更したものである。複合材料構造体３０は、その他の構成については、複合材料構造体１０と同様であるので、その詳細な説明を省略する。

なお、第３の実施形態に係る複合材料構造体３０の説明では、説明の便宜上、明細書中及び図面中で、各構成要素について第１の実施形態に係る複合材料構造体１０の説明と異なる符号を用いている。具体的には、複合材料構造体１０における第１複合材料１１、第２複合材料１２、低導電性材料１３及び絶縁性接着剤層１５とそれぞれ対応する構成について、複合材料構造体３０において、第１複合材料３１、第２複合材料３２、低導電性材料３３及び絶縁性接着剤層３５としている。

第３の実施形態に係る複合材料構造体３０は、特に、第１複合材料３１と第２複合材料３２とを、強度や製造方法等に起因する都合上、後述するファスナ３６ａとカラー３６ｂとで一体化させる必要がある場合でも、第１の実施形態に係る複合材料構造体１０と同様の適切な耐雷対策を施すことを可能にする形態である。

複合材料構造体３０は、図６及び図７に示すように、第１複合材料３１と、第２複合材料３２と、低導電性材料３３と、を含む。複合材料構造体３０は、図６及び図７に示すように、第１複合材料３１と第２複合材料３２とを一体化するファスナ３６ａとカラー３６ｂとをさらに含んでいてもよい。なお、第３の実施形態では、ファスナ３６ａとカラー３６ｂとを含むものとしたが、本発明はこれに限定されず、ファスナ３６ａとカラー３６ｂとを含まない形態であっても構わない。また、ファスナ３６ａの代わりにボルトを用いてもよいし、カラー３６ｂの代わりにナットを用いてもよい。

第１複合材料３１は、第１複合材料１１において、貫通孔１１ａに代えて貫通孔３１ａが設けられている。貫通孔３１ａは、貫通孔１１ａと異なり、ウェブ部ではなく、第２複合材料３２の一方の平面と対向して設けられる板状のフランジ部に設けられている。第１複合材料３１は、その他の構成については、第１複合材料１１と同様である。

第２複合材料３２は、第２複合材料１２において、埋設部１２ａに代えて貫通孔３２ａが設けられている。貫通孔３２ａは、第１複合材料３１が第２複合材料３２に接合される位置に配置された際に、上記した貫通孔３１ａと連通する位置に設けられている。第２複合材料３２は、その他の構成については、第２複合材料１２と同様である。

低導電性材料３３は、低導電性材料１３と同様の物性を有し、同様の材料が用いられているが、低導電性材料１３と異なる構造に設置されている。低導電性材料３３は、図６及び図７に示すように、領域３３ａと、領域３３ｂと、領域３３ｃと、を有する。領域３３ａは、第１強化繊維と第２強化繊維とのいずれとも接触していない部分である。領域３３ａは、領域３３ｂと領域３３ｃとの間にある領域であり、第１複合材料３１と第２複合材料３２とが対向している方向に延びて配置されている。なお、領域３３ａは、省略されていてもよい。領域３３ｂは、低導電性材料３３の一端の領域であり、領域３３ａの一方側に隣接している部分である。領域３３ｂは、貫通孔３１ａにおいて第１樹脂に埋設されていることにより、第１強化繊維と接触し、第１強化繊維と電気的に接続している部分である。領域３３ｃは、低導電性材料３３の他端の領域であり、領域３３ａの他方側に隣接している部分である。領域３３ｃは、貫通孔３２ａにおいて第２樹脂に埋設されていることにより、第２強化繊維と接触し、第２強化繊維と電気的に接続している部分である。

ファスナ３６ａは、第１複合材料３１の貫通孔３１ａと、第２複合材料３２の貫通孔３２ａとを貫通して設けられている。ファスナ３６ａは、導電性を有していてもよく、第１複合材料３１と対向する全ての方向の面、及び、第２複合材料３２と対向する全ての方向の面が、低導電性材料３３によって覆われている。すなわち、低導電性材料３３は、実質的にファスナ３６ａを覆うスリーブを形成するように設けられている。そして、スリーブ状に形成された低導電性材料３３は、ファスナ３６ａとカラー３６ｂとにより締め付けられて貫通孔３１ａ及び貫通孔３２ａの内側に固定されている。複合材料構造体３０は、強度や製造方法等に起因する都合上、ファスナ３６ａとカラー３６ｂとで第１複合材料３１と第２複合材料３２とを一体化する必要がある場合でも、このような構造の低導電性材料３３を有するので、ファスナ３６ａとカラー３６ｂとに過大な電流が流れてしまって過大なジュール熱が発生してしまったり、ファスナ３６ａとカラー３６ｂとが内部構造に電気が流入する起点となってしまったりすることを抑制することができ、第１の実施形態に係る複合材料構造体１０のボルト１６ａとナット１６ｂとが設けられた箇所と同様に、適切な耐雷対策が施されたものとすることができる。

複合材料構造体３０は、このような構造の低導電性材料３３を有するので、上記した低導電性材料１３を有する複合材料構造体１０と同様の作用効果を奏するものとなる。

なお、複合材料構造体３０は、図６及び図７に示すように、絶縁性接着剤層１５と同様の絶縁性接着剤層３５をさらに含んでいてもよいが、積極的に絶縁性接着剤層３５を含んでいない形態としてもよい。複合材料構造体３０は、絶縁性接着剤層３５によって第１複合材料３１と第２複合材料３２とを接着することで、低コスト化、かつ、構造物全体の軽量化がなされた場合でも、設計の都合上、絶縁性接着剤層３５を設けずにファスナ３６ａとカラー３６ｂとのみで第１複合材料３１と第２複合材料３２とを一体化する必要がある場合でも、複合材料構造体１０と同様の作用効果を奏するものとなる。

第３の実施形態に係る複合材料構造体３０の製造方法は、第１の実施形態に係る複合材料構造体１０の製造方法において、第１複合材料準備ステップＳ１１、第２複合材料準備ステップＳ１２及び低導電性材料設置ステップＳ１３をそれぞれ変更したものである。

第３の実施形態に係る第１複合材料準備ステップＳ１１は、第１の実施形態に係る第１複合材料準備ステップＳ１１において、貫通孔１１ａを形成する代わりに、貫通孔３１ａを形成するものである。

第３の実施形態に係る第２複合材料準備ステップＳ１２は、第１の実施形態に係る第２複合材料準備ステップＳ１２において、埋設部１２ａを形成する代わりに、貫通孔３２ａを形成するものである。第３の実施形態に係る第２複合材料準備ステップＳ１２では、具体的には、第２強化繊維に第２樹脂を含浸させて成形したのち、所定の領域に貫通孔３２ａを形成することにより、第２複合材料３２を得る。

第３の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３は、第１の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３において、低導電性材料１３を設置する代わりに低導電性材料３３を設置するものである。第３の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３では、まず、第１の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３と同様に、低導電性材料３３を、ファスナ３６ａの側面を覆うスリーブ状に形成する。第３の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３では、次に、スリーブ状に形成した低導電性材料３３を、第１複合材料３１の貫通孔３１ａと、第２複合材料３２の貫通孔３２ａとに貫通させて設けることで、第１強化繊維と第２強化繊維とを電気的に接続する。そして、スリーブ状に形成した低導電性材料３３にファスナ３６ａを挿入して、ファスナ３６ａを挿入した側とは反対側からカラー３６ｂで締め付けることで、スリーブ状に形成した低導電性材料３３をファスナ３６ａとカラー３６ｂとにより締め付けて貫通孔３１ａ及び貫通孔３２ａの内側に固定するとともに、第１複合材料３１と第２複合材料３２とを一体化する。このようにして、第３の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３では、第１強化繊維と第２強化繊維とを電気的に接続する低導電性材料３３が設置される。

なお、第３の実施形態では、スリーブ状に形成した低導電性材料３３を、第１複合材料３１の貫通孔３１ａと、第２複合材料３２の貫通孔３２ａとに貫通させる前に、第１複合材料３１と第２複合材料３２とが互いに対向する面に電気絶縁性を有する接着剤を塗布して固化させることで、絶縁性接着剤層３５を形成しても構わない。

複合材料構造体３０の製造方法は、以上のような構成を有するので、上記した複合材料構造体１０の製造方法と同様の作用効果を奏するものとなる。

［第４の実施形態］
図８は、第４の実施形態に係る複合材料構造体４０を示す斜視図である。図９は、図８のＤ−Ｄ断面図である。第４の実施形態に係る複合材料構造体４０は、第２の実施形態に係る複合材料構造体２０及び第３の実施形態に係る複合材料構造体３０と同様に、第１の実施形態に係る複合材料構造体１０において、低導電性材料１３の設置形態を変更したものである。複合材料構造体４０は、その他の構成については、複合材料構造体１０と同様であるので、その詳細な説明を省略する。

なお、第４の実施形態に係る複合材料構造体４０の説明では、説明の便宜上、明細書中及び図面中で、各構成要素について第１の実施形態に係る複合材料構造体１０の説明と異なる符号を用いている。具体的には、複合材料構造体１０における第１複合材料１１、第２複合材料１２、低導電性材料１３及び絶縁性接着剤層１５とそれぞれ対応する構成について、複合材料構造体４０において、第１複合材料４１、第２複合材料４２、低導電性材料４３及び絶縁性接着剤層４５としている。

複合材料構造体４０は、図８及び図９に示すように、第１複合材料４１と、第２複合材料４２と、低導電性材料４３と、を含む。第１複合材料４１は、第１複合材料１１において、貫通孔１１ａに代えて後述する低導電性材料４３が埋設される埋設部４１ａを設け、含まれる第１樹脂を、主要成分が熱硬化性樹脂であるものに代えて、主要成分が熱可塑性樹脂であるものに変更したものである。なお、第１複合材料４１に含まれる第１樹脂の主要成分である熱可塑性樹脂は、第１複合材料１１に含まれる第１樹脂に混合される可能性のある熱可塑性樹脂の例として列挙したものが好適に用いられる。また、第１複合材料４１に含まれる第１樹脂は、熱可塑性樹脂に加えて、熱硬化性樹脂及びその他の樹脂が混合されていてもよい。

埋設部４１ａは、図９に示すように、第２複合材料４２と対向している側とは反対側の面において、第１複合材料４１の第２複合材料４２が設けられる領域と隣接した所定の領域、すなわち、第１複合材料４１と第２複合材料４２とが対向している方向の第１複合材料４１側から見て後述する埋設部４２ａと隣接する領域に、設けられている。埋設部４１ａは、主要成分が熱可塑性樹脂である第１樹脂の軟性を利用して、低導電性材料４３が埋設される部分である。第１複合材料４１は、その他の構成については、第１複合材料１１と同様である。

第２複合材料４２は、第２複合材料１２において、埋設部１２ａに代えて後述する低導電性材料４３が埋設される埋設部４２ａを設け、含まれる第２樹脂を、主要成分が熱硬化性樹脂であるものに代えて、主要成分が熱可塑性樹脂であるものに変更したものである。なお、第２複合材料４２に含まれる第２樹脂は、第１複合材料４１に含まれる第１樹脂の例として列挙したものが好適に用いられる。

埋設部４２ａは、図９に示すように、第１複合材料４１のフランジ部と対向している側の面において、第２複合材料４２の第１複合材料４１が設けられる領域と隣接した所定の領域、すなわち、第１複合材料４１と第２複合材料４２とが対向している方向の第１複合材料４１側から見て埋設部４１ａと隣接する領域に、設けられている。埋設部４２ａは、主要成分が熱可塑性樹脂である第２樹脂の軟性を利用して、低導電性材料４３が埋設される部分である。第２複合材料４２は、その他の構成については、第２複合材料１２と同様である。

低導電性材料４３は、低導電性材料１３と同様の物性を有し、同様の材料が用いられているが、低導電性材料１３と異なる構造に設置されている。低導電性材料４３は、図８及び図９に示すように、低導電性材料１３と同様に、領域４３ａと、領域４３ｂと、領域４３ｃと、を有する。領域４３ａは、第１強化繊維と第２強化繊維とのいずれとも接触していない部分である。領域４３ａは、領域４３ｂと領域４３ｃとの間にある領域であり、第１複合材料４１と第２複合材料４２とが対向している方向に延びて第１複合材料４１の側面に接触して配置されている。領域４３ｂは、低導電性材料４３の一端の領域であり、領域４３ａの一方側に隣接している部分である。領域４３ｂは、埋設部４１ａにおいて第１樹脂に埋設されることにより、第１強化繊維と接触し、第１強化繊維と電気的に接続している部分である。領域４３ｃは、低導電性材料４３の他端の領域であり、領域４３ａの他方側に隣接している部分である。領域４３ｃは、埋設部４２ａにおいて第２樹脂に埋設されることにより、第２強化繊維と接触し、第２強化繊維と電気的に接続している部分である。

複合材料構造体４０は、複合材料構造体２０と同様に、第１の実施形態に係る複合材料構造体１０において低導電性材料１３の設置形態を変更したことに伴い、ボルト１６ａとナット１６ｂとが設けられていない形態となっている。

複合材料構造体４０は、このような構造の低導電性材料４３を有するので、上記した低導電性材料１３を有する複合材料構造体１０と同様の作用効果を奏するものとなる。

第４の実施形態に係る複合材料構造体４０の製造方法は、第１の実施形態に係る複合材料構造体１０の製造方法において、第１複合材料準備ステップＳ１１、第２複合材料準備ステップＳ１２及び低導電性材料設置ステップＳ１３をそれぞれ変更したものである。

第４の実施形態に係る第１複合材料準備ステップＳ１１は、第１の実施形態に係る第１複合材料準備ステップＳ１１において、貫通孔１１ａを形成する代わりに、埋設部４１ａを形成するものである。第４の実施形態に係る第１複合材料準備ステップＳ１１では、具体的には、第１強化繊維に主要成分が熱可塑性樹脂である第１樹脂を含浸させて成形することにより、第１複合材料４１を得る。

第４の実施形態に係る第２複合材料準備ステップＳ１２は、第１の実施形態に係る第２複合材料準備ステップＳ１２において、埋設部１２ａを形成する代わりに、埋設部４２ａを形成するものである。第４の実施形態に係る第２複合材料準備ステップＳ１２では、具体的には、第２強化繊維に主要成分が熱可塑性樹脂である第２樹脂を含浸させて成形することにより、第２複合材料４２を得る。

第４の実施形態では、低導電性材料設置ステップＳ１３の前に、第１複合材料４１と第２複合材料４２とが互いに対向する面に電気絶縁性を有する接着剤を塗布して固化させることで、絶縁性接着剤層４５を形成する。

第４の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３は、第１の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３において、低導電性材料１３を設置する代わりに低導電性材料４３を設置するものである。第４の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３では、まず、第１の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３と同様に、低導電性材料４３を所定の形状に成形する。第４の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３では、次に、第１樹脂を加熱して軟化させてから第１複合材料４１における埋設部４１ａに低導電性材料４３の領域４３ｂを埋設して配置し、第２樹脂を加熱して軟化させてから第２複合材料４２における埋設部４２ａに低導電性材料４３の領域４３ｃを埋設して配置する。このようにして、第４の実施形態に係る低導電性材料設置ステップＳ１３では、第１強化繊維と第２強化繊維とを電気的に接続する低導電性材料４３が設置される。

複合材料構造体４０の製造方法は、以上のような構成を有するので、上記した複合材料構造体１０の製造方法と同様の作用効果を奏するものとなる。

１０，２０，３０，４０複合材料構造体
１１，２１，３１，４１第１複合材料
１１ａ，３１ａ，３２ａ貫通孔
１２，２２，３２，４２第２複合材料
１２ａ，４１ａ，４２ａ埋設部
１３，２３，３３，４３低導電性材料
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，４３ａ，４３ｂ，４３ｃ領域
１５，２５，３５，４５絶縁性接着剤層
１６ａボルト
１６ｂナット
２１ａ第１露出部分
２２ａ第２露出部分
３６ａファスナ
３６ｂカラー

Claims

導電性を有する第１強化繊維と前記第１強化繊維に含浸された第１樹脂とを有する第１複合材料と、
前記第１複合材料と一体化され、導電性を有する第２強化繊維と前記第２強化繊維に含浸された第２樹脂とを有する第２複合材料と、
電気抵抗が前記第１樹脂及び前記第２樹脂よりも低く前記第１強化繊維及び前記第２強化繊維以上の低導電性を有し、前記第１強化繊維と前記第２強化繊維とを電気的に接続する低導電性材料と、
を含むことを特徴とする複合材料構造体。
電気絶縁性を有し、前記第１複合材料と前記第２複合材料とを接着することで一体化する絶縁性接着剤層と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の複合材料構造体。
前記低導電性材料は、一端が前記第１樹脂に埋設されることにより前記第１強化繊維と電気的に接続し、他端が前記第２樹脂に埋設されることにより前記第２強化繊維と電気的に接続していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複合材料構造体。
前記第１樹脂及び前記第２樹脂は、ともに熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項３に記載の複合材料構造体。
前記低導電性材料は、一端が前記第１強化繊維のうち前記第１複合材料の表面に露出した第１露出部分と電気的に接続し、他端が前記第２強化繊維のうち前記第２複合材料の表面に露出した第２露出部分と電気的に接続していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複合材料構造体。
前記低導電性材料は、前記第１複合材料と前記第２複合材料とを貫通して配置されることで前記第１複合材料と前記第２複合材料とを一体化するファスナを覆う低導電性スリーブを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複合材料構造体。
導電性を有する第１強化繊維と前記第１強化繊維に含浸された第１樹脂とを有する第１複合材料を準備する第１複合材料準備ステップと、
導電性を有する第２強化繊維と前記第２強化繊維に含浸された第２樹脂とを有する第２複合材料を準備する第２複合材料準備ステップと、
電気抵抗が前記第１樹脂及び前記第２樹脂よりも低く前記第１強化繊維及び前記第２強化繊維以上の低導電性を有し、前記第１強化繊維と前記第２強化繊維とを電気的に接続する低導電性材料を設置する低導電性材料設置ステップと、
を含むことを特徴とする複合材料構造体の製造方法。