JP5729563B2 - 金属部材と複合材部材の接合構造 - Google Patents

金属部材と複合材部材の接合構造 Download PDF

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Description

この発明は、金属部材と複合材部材の接合構造に関するものであり、より詳細には金属部材と複合材部材の接着部を有する金属部材と複合材部材の接合構造に関する。
一般に金属部材と複合材部材の接着部ではそれらの特性、例えば、熱膨張率・剛性が不連続に変化することになるため、応力集中が発生し剥離が発生しやすい状況にある。したがって、金属部材と複合材部材との剥離とその進展は、金属部材と複合材部材の接着部を含む構造体の破壊につながる。
例えば、複合材タンクは金属製タンクに比べて軽量であり、航空宇宙分野・自動車などにおいて現行の金属製タンクの代替品として期待されている。現行の技術では、配管等との接続部には金属製の口金が必要であり、タンク全てを複合材で製作することは不可能であり、必ず金属部材と複合材部材の接着部が存在する。上記のように、一般に金属部材と複合材部材の接着部ではそれらの特性、例えば、熱膨張率・剛性が不連続に変化することになるため、応力集中が発生し剥離が発生しやすい状況にある。タンク全体の強度は複合材で持っているため、金属部材と複合材部材との剥離とその進展はタンクの破壊につながる。
特に航空宇宙分野で極低温推進剤（液体水素・液体酸素等）のタンクとして使用した場合、極低温では接着剤の靭性が大きく低下するため、極めて剥離の発生・進展が起きやすい状況となる。この剥離防止のため、タンク開口部の周囲部分が金属製である内殻と複合材製の外殻に対して、開口部の周囲部分に内殻と外殻を互いに拘束する固定手段を設ける技術が提案されている（特許文献１）。
一方常温で使用する気蓄器や自動車用の燃料タンクであるが、常温では接着剤の靭性が比較的高いため、現状の大きさ・圧力では剥離が問題になる状況ではない。しかし剥離を支配する指標（エネルギ解放率）は通常の設計に用いている指標（強度）と異なり、圧力の２乗に比例して増加（強度指標では圧力の１乗）し、大きさの１乗に比例して増加（強度指標では大きさによらない）するため、将来タンクが高圧化・大型化した際には、同様に金属部材と複合材部材間の剥離が問題となることが予測される。
また、金属部材と複合材部材の接着部を有する金属部材と複合材部材の接合構造は、人工衛星構体における、複合材製のスラストチューブと該複合材製のスラストチューブと上面パネル又は及び下面パネルの接合に用いられる金属製ブラケットとの接合構造、ロケットにおける、尾翼を構成する複合材製の表皮板と該複合材製の表皮板とロケット胴体の接合に用いられる、ロケット胴体に接合された取付金具との接合構造においても用いられており、これらの接合構造において、上記と同様金属部材と複合材部材間の剥離が問題となる。
特開２００６−１００３６号公報
そこで、本発明は、金属部材と複合材部材の接着部を有する金属部材と複合材部材の接合構造において金属部材と複合材部材の接着剥離を防止すること、例えば、極低温流体の複合材タンク、高圧化・大型化した複合材タンク等において、配管部周辺の金属部材と複合材部材の接着剥離を防止すること、人工衛星構体において、複合材製のスラストチューブと該複合材製のスラストチューブと上面パネル及び下面パネルの接合に用いられる金属製ブラケットの接着剥離を防止すること、ロケットにおいて、尾翼を構成する複合材製の表皮板と該複合材製の表皮板とロケット胴体の接合に用いられる、ロケット胴体に接合された取付金具の接着剥離を防止することを目的とする。
本発明の第１の態様は、複合材部材と、前記複合材部材と接着面を介して接着されている金属部材とを備え、前記金属部材は、前記接着面との間に薄肉部が形成されるように前記接着面に沿って延びるスリットを有している、金属部材と複合材部材の接合構造を提供するものである。
ここで、本明細書において、「接着面に沿って延びる」とは、接着面と平行に延びる態様のみならず、接着面に対して非平行、すなわち接着面に対して所定の角度をなしつつ延びる態様も含む。
好ましくは、前記スリットに柔軟な充填剤が充填されている。
好ましくは、前記スリットの底部は、Ｒ加工されている。
好ましくは、前記スリットの底部は、半円形の横断面形状を有する。
好ましくは、前記スリットは、前記接着面に対して非平行に設けられている。
好ましくは、前記スリットは、前記金属部材の前記接着面を含む面から所定の長さに形成された溝に接続して設けられている。
好ましくは、前記スリットは、前記接着面の該スリットの長さ方向の一部に沿って、１つ又は複数設けられている。
好ましくは、前記スリットの側端面は、Ｒ加工されている。
好ましくは、前記スリットの幅は該スリットの長さ方向に連続的に変化する。
好ましくは、前記スリットにより前記薄肉部が形成されることによって、前記金属部材の前記接着面側の剛性が低下する。
好ましくは、前記複合材部材は人工衛星構体を構成するスラストチューブであり、前記金属部材は前記スラストチューブと人工衛星構体を構成する上面パネル又は下面パネルとを接合するブラケットである。
好ましくは、前記複合材部材はロケット尾翼の表皮板であり、前記金属部材は前記表皮板が接着されることにより、前記ロケット尾翼とロケット胴体を接合するための取付金具である。
本発明の第２の態様は、上記接合構造を含む装置を提供するものである。
本発明の第３の態様は、上記接合構造に用いる金属部材を提供するものである。
本発明の第４の態様は、複合材製の外殻と、該外殻が備える開口部において該外殻と接続されている、筒状部を有する金属製の口金とを備えるタンクであって、前記筒状部の外周面の少なくとも一部が前記開口部と接着し、前記筒状部の外縁部にスリットが設けられているタンクを提供するものである。
好ましくは、前記スリットには柔軟な充填剤が充填されている。
好ましくは、前記スリットの底部は、Ｒ加工されている。
好ましくは、前記スリットの底部は、半円形の横断面形状を有する。
好ましくは、前記スリットは、前記口金の外周面に対して非平行に設けられている。
好ましくは、前記スリットは、前記口金の外周面から所定の長さに形成された溝に接続して設けられている。
好ましくは、前記スリットは前記筒状部の外縁部の一部に１つ又は複数設けられている。
好ましくは、前記スリットの側端面は、Ｒ加工されている。
好ましくは、前記スリットの幅は該スリットの長さ方向に連続的に変化する。
好ましくは、内殻をさらに備え、該内殻は樹脂により形成されている。
好ましくは、内殻をさらに備え、該内殻は口金と一体的に形成された金属により形成されている。
本発明の第５の態様は、複合材製の外殻を含むタンクにおいて、該外殻が備える開口部において該外殻と接続される金属製の口金であって、筒状部を有し、該筒状部の外周面の少なくとも一部が前記開口部と接着し、前記筒状部の外縁部にスリットが設けられている口金を提供するものである。
本発明によれば、金属部材と複合材部材の接着部を有する金属部材と複合材部材の接合構造において、金属部材に、金属部材と複合材部材の接着面との間に薄肉部が形成されるように接着面に沿って延びるスリットを設けることによって、金属部材の接着面側の剛性が低下する。これにより、金属部材と複合材部材の接着面のエネルギ解放率を著しく低減し、接着剥離を防止することができる。
本発明によれば、複合材製の外殻と、該外殻が備える開口部において該外殻と接続されている、筒状部を有する金属製の口金とを備えるタンクにおいて、タンクの口金の筒状部の外縁部にスリットを設け、タンクの複合材製の外殻と口金の筒状部の接着部付近の口金の板厚を薄くすることにより、すなわち、口金の筒状部に、複合材製の外殻と口金の筒状部の接着面との間に薄肉部が形成されるように接着面に沿って延びるスリットを設けることによって、口金の筒状部の接着面側の剛性が低下する。これにより、複合材製の外殻と金属製の口金の接着部のエネルギ解放率を著しく低減し、接着剥離を防止することができる。
また、タンク開口部の周囲部分が金属製である内殻と複合材製の外殻に対して、開口部の周囲部分に内殻と外殻を互いに拘束する固定手段を設ける従来の特許文献１の技術と比較して、ネジ加工や固定用部品を必要としないので、加工が容易であり、部品点数が減少し軽量化することができる。
本発明によれば、複合材製のスラストチューブと上面パネル及び下面パネルの少なくとも一方が金属製ブラケットにより接合される人工衛星構体において、金属製のブラケットに、金属製のブラケットと複合材製のスラストチューブの接着面との間に薄肉部が形成されるように接着面に沿って延びるスリットを設けることによって、金属製のブラケットの接着面側の剛性が低下する。これにより、スラストチューブと金属製のブラケットの接着面のエネルギ解放率を著しく低減し、スラストチューブと金属製のブラケットの接着剥離を防止することができる。
本発明によれば、尾翼を構成する複合材製の表皮板とロケット胴体が、ロケット胴体に接合された金属製の取付金具により接合されるロケットにおいて、金属製の取付金具に、金属製の取付金具と尾翼の複合材製の表皮板の接着面との間に薄肉部が形成されるように接着面に沿って延びるスリットを設けることによって、金属製の取付金具の接着面側の剛性が低下する。これにより、尾翼の表皮板と金属製の取付金具の接着面のエネルギ解放率を著しく低減し、尾翼の表皮板と金属製の取付金具の接着剥離を防止することができる。
本発明の実施形態に係るタンクの断面図である。 本発明の実施形態に係るタンクの口金部分の断面図である。 本発明の実施形態の原理に関するシミュレーションのタンクのモデルを示す図である。 図３のモデルにおけるシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施形態のシミュレーションに係るタンクの断面図である。 本発明の実施形態のシミュレーションに係るタンクの口金部分の断面図である。 本発明の他の実施形態に係るタンクの口金部分の断面図である。 本発明の他の実施形態に係るタンクの口金部分の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る人工衛星構体の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る人工衛星構体のスラストチューブと上面パネルの接合部の断面図である。 本発明の他の実施形態に係るロケットの断面図である。 本発明の他の実施形態に係るロケットの胴体と尾翼の接合部の断面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るタンク１の断面図、図２はタンク１の口金部分の断面図である。図１に示されるように、タンク１は、内殻１０と、内殻１０を覆う外殻２０と、外殻２０が備える開口部３０において外殻２０と接続されている口金４０と、を備えて構成される。図１においては、開口部３０はタンク１の上部のみに設けられているが、さらにタンク１の底部にも開口部３０及び口金４０を設けてもよい。
内殻１０は、例えば液晶ポリマーといったガスバリア性の高い樹脂製のライナで形成されており、内部流体の漏洩を防ぐようになっている。
口金４０は、例えばチタンといった金属製であり、その形状は円筒状であり、そのタンク内側の端部に形成されたフランジ部４０ａと、フランジ部４０ａから立ち上がる筒状部４０ｂを有する。
外殻２０は、内殻１０及び口金４０の外側を覆う。外殻２０が備える開口部３０は、口金４０のフランジ部４０ａの外側の面及び口金４０の筒状部４０ｂの外周面の少なくとも一部と接着しており、口金４０の筒状部４０ｂの外周面の少なくとも一部と外殻２０が備える開口部３０は、周方向に延びる細長い接着面６０を介して接着されている。外殻２０は、例えばＣＦＲＰといった複合材製であり、例えばフィラメントワインディング法により成形される。
以上のような構造のタンク１において、口金部分の構造についてさらに、図２を参照して説明する。
口金４０の筒状部４０ｂの外縁部には、その全周にわたって延びる一定の幅のスリット４０ｃが、筒状部４０ｂの外周面と平行に設けられ、外殻２０と筒状部４０ｂの接着部付近の口金４０の板厚を薄くするようにしている。すなわち、口金４０の筒状部４０ｂには、接着面６０との間に薄肉部４０ｄが形成されるように接着面６０の長さ方向に沿って延びるスリット４０ｃが設けられている。
スリット４０ｃの底部は応力集中を避けるために角を持たないようにＲ加工されている。さらにその底部が半円形の横断面形状を有するとより好ましい。
ここで、本実施形態の原理に関するシミュレーション例について図３〜６を参照して説明する。
まず円盤モデルを用いてのシミュレーションについての説明をする。円盤モデルは、図３に示されるような金属円盤の外周に複合材を接着した円盤であり、金属部直径５０ｍｍ、複合材部外径１００ｍｍ、厚さ３０ｍｍであり、金属部と複合材部界面に長さＬ0の予亀裂が入っている。各部の材質は金属部はチタン、複合材部は周方向が繊維方向のＣＦＲＰである。複合材の外周には圧力負荷を模擬する１００ＭＰａの軸対称一様引張が作用している。
予亀裂長さＬ0、スリットによる金属部の残り厚さｔをパラメータとし、スリットの深さｌをＬ0で無次元化した値を横軸に、そのときのエネルギ解放率Ｊをスリットがない場合のエネルギ解放率Ｊ０で無次元化した値を縦軸に取ったグラフを図４に示す。なお、この場合、エネルギ解放率は圧力負荷模擬荷重の自乗に比例するため、上記エネルギ解放率の低減効果は計算精度の誤差を除き１００ＭＰａという絶対値に依存しない。
図４より、予亀裂と同程度の深さのスリットを設けた場合のエネルギ解放率低減率は、８割前後、予亀裂の倍程度の深さのスリットを設けた場合は１割〜２割程度、予亀裂の３倍のスリット深さのスリットを設けた場合は１割以下となることが分かる。またスリットによる金属部の残り厚さｔに関しては、スリットが浅い領域では例外はあるものの、スリットの深さが予亀裂長さの倍以上の領域では、ｔの値が小さい方がよりエネルギ解放率の値が小さくなっていることが分かる。このことから、予想される最大予亀裂長さの２倍から３倍以上のスリットをなるべく界面付近に加工することにより、界面に発生するエネルギ解放率を効果的に低減することが可能であるといえる。
次に、図１と同様の構造を有するタンクについて行ったシミュレーションについて説明する。図５は、本シミュレーションに係るタンクの断面図、図６はタンクの口金部分の断面図である。図５、６において図１、２と対応する部分には同一符号を付し、上記実施形態と同様の部分の説明は省略する。
外殻２０が備える開口部３０及びそれに接続され口金４０は、図１においてはタンク１の上部のみに設けられていたが、本シミュレーションに係るタンクにおいては、さらにタンク１の底部にも開口部３０及び口金４０が設けられている。内殻１０は液晶ポリマー製、外殻２０はＣＦＲＰ層とその内側のフィラメントワインディング法に対応するためのハンドレイアップによるＧＦＲＰ補強層とからなり、口金４０はチタン製、タンク胴部の直径は７００ｍｍ、タンクの長さ（口金の筒状部のタンク外側の端面間の距離）は１２００ｍｍ、最大予想運用圧力（ＭＥＯＰ）は３２ＭＰａ、保証耐圧力（Proof pressure）は４０ＭＰａ、破壊圧力（Burst pressure）は４８ＭＰａである。シミュレーションの計算条件は破壊圧に相当する内圧４８ＭＰａとした。なお、外殻２０と内殻１０は接着剤により接着されているが、口金４０と内殻１０は融着により直接接合されているものとした。
図６に示されるように、外殻２０と口金４０の接着部の上端及び下端に予亀裂５０、５１があるものとし、図６のようにスリット４０ｃを設けた場合とスリットを設けなかった場合の、外殻２０と口金４０の接着部の上端のエネルギ開放率についてシミュレーションを行った。ここで、スリット４０ｃは、口金４０の筒状部４０ｂの外縁部に、その全周にわたって一定の幅で、筒状部４０ｂの外周面と平行に設けられ、予亀裂５０の長さＬ0は、非破壊検査による検出能力と計算メッシュの大きさとを勘案し４ｍｍとし、同様に予亀裂５１の筒状部４０ｂの外周面に沿った長さ及びフランジ部４０ａのタンク外側の面に沿った長さをそれぞれ約４ｍｍ、スリット外側の金属残存部の板厚ｔを４ｍｍ、スリットの深さｌを１６ｍｍとした。
その結果、スリットがない場合のエネルギ開放率Ｊ0が約５２００Ｊ／ｍ2に対して、スリットを設けた場合のエネルギ開放率Ｊは約３８０Ｊ／ｍ2となり、エネルギ解放率が一桁以上低減した。
また、塑性歪を含むvon Mises歪のシミュレーションも行ったが、スリットを設けたことによる強度面の設計上の問題もないことが確認できた。
以上のシミュレーション結果をふまえると、外殻２０と筒状部４０ｂの接着部付近の口金４０の板厚は可能な限り薄くすることが好ましい。また、スリット４０ｃの深さは非破壊検査能力により決定される最小検出欠陥寸法の倍以上とすることが好ましい。これは、非破壊検査により予亀裂が発見されなかった場合は、予亀裂の長さは最小検出欠陥寸法以下であるから、予亀裂の長さをその可能性のある最大値である最小検出欠陥寸法とみなすことによるものである。
また、スリット４０ｃには水等が溜まり腐食等の原因となりうる。これを回避するためスリット４０ｃを充填剤で充填することができる。この際、接着剤等の硬度の高い充填材を使用するとスリットの効果が低下するので、柔軟な（硬度の低い）充填材、例えばシリコーンシーラント等で充填することが好ましい。
本実施形態のタンク１が高圧・大型の複合材フィラメントワインディング気蓄器であって、高圧時に口金から複合材層が剥離する問題が発生している場合、非破壊検査能力により決定される最小検出欠陥寸法を約４ｍｍ、すなわち予想予亀裂を約４ｍｍ以下と仮定すると、深さが予想予亀裂の２倍よりも十分大きい深いことが好ましいことと加工後の強度を考慮してその５倍の約２０ｍｍのスリットを、外殻２０と筒状部４０ｂの接着部付近の口金４０の板厚は可能な限り薄くすることが好ましいから加工限界を勘案して板厚が１ｍｍ程度となるように、筒状部４０ｂの外周面と平行に全周にわたって設ける（スリットの底部は応力集中を避けるため半円形の横断面形状を有するものとする）と、スリットがない場合に比べて、剥離の発生する圧力を少なくとも３倍程度まで上昇させることが可能である。
また、本実施形態のタンク１が極低温推進剤複合材タンクであって、推進剤充填時に熱応力により口金部から複合材層が剥離する問題が発生している場合、上記と同様のスリットを設けると、スリットがない場合に比べて、推進剤充填時の剥離発生を大幅に抑制することが可能である。なお、この場合、防腐等のためにスリットに柔軟な充填剤を充填するときは、充填剤は極低温でも硬化・崩壊しないものを選択する。
以上のように、本実施形態によれば、タンクの口金４０の筒状部４０ｂの外縁部にスリット４０ｃを設け、タンクの複合材製の外殻２０と口金４０の筒状部４０ｂの接着部付近の口金の板厚を薄くすることによって、すなわち、口金４０の筒状部４０ｂに、複合材製の外殻２０と口金４０の筒状部４０ｂの接着面６０との間に薄肉部４０ｄが形成されるように接着面６０に沿って延びるスリット４０ｃを設けることによって、口金の筒状部の接着面側の剛性が低下する。これにより、外殻２０と口金４０の接着面のエネルギ解放率を著しく低減し、口金と複合材の接着剥離の防止に大きく貢献することができる。
（第２の実施形態）
図７、８は、本発明の第２の実施形態に係るタンク１の口金部分の断面図である。本実施形態において、口金４０以外のタンク１の構成は図１と同様であり、図７、８において図１、２と対応する部分には同一符号を付し、第１の実施形態と同様の部分の説明は省略する。
本実施形態は、口金４０の形状により、口金４０の筒状部４０ｂのタンク外側の端面からスリット４０ｃを加工することが難しい場合において、筒状部４０ｂの外周面からスリット４０ｃを加工することにより、第１の実施形態と同様の効果を得ようとするものである。例えば、図７に示すように、筒状部４０ｂの外周面すなわち接着面６０に対して斜めにスリット４０ｃを形成する。この場合、外殻２０と口金４０の接着面のエネルギ解放率の低減効果はスリット外側の金属残存部である薄肉部６０の厚さに依存するため、可能な限り薄くすることが好ましい。
また、例えば、図８に示すように、まず筒状部４０ｂの外周面すなわち接着面６０に垂直に溝を形成し、次いで筒状部４０ｂの外周面と平行にスリット４０ｃを形成する。この場合、該溝は筒状部４０ｂの外周面に垂直でなく、任意の角度で形成してもよく、また、スリット４０ｃも筒状部４０ｂの外周面と平行でなく、任意の角度で形成してもよい。つまり、スリット４０ｃを、筒状部４０ｂの外周面すなわち接着面６０から所定の長さに形成された溝に接続して設けてもよい。
以上の実施形態に関して、口金４０には、クロージャや流体用のアダプタなどの部材を接続するためのネジ穴等が設けられる場合があるが、そのようなネジ穴等の存在のために、上記のような全周にわたって延びる一定の幅のスリットを設けることができない場合、全周の一部にのみ、すなわち接着面６０のスリット４０ｃの長さ方向の一部に沿って１つ又は複数のスリットを設けることができる。このとき、スリットの底部はＲ加工されることが好ましく、さらには半円形の横断面形状を有することが好ましい。そして、各スリットの側端面も応力集中軽減のために、Ｒ加工されることが好ましく、さらには半円状形の横断面形状を有することが好ましい。
また、これに代えて、ネジ穴等の存在のために、全周にわたる一定の幅のスリットを設けることができない場合、ネジ穴部等付近のみスリット幅を狭くすることにより、ネジ穴等を回避することができる。この場合、スリット幅の不連続な変化による応力集中を回避するために、スリットの長さ方向のスリット幅の変化は連続的なものとすることが好ましい。
以上の実施形態において、タンクの構造は、内殻１０が口金４０とは別体で樹脂製のものであったが、内殻が口金４０と一体化した金属で形成されている公知の構造のタンクにも上記実施形態の技術が適用可能であることは、当業者に明らかであろう。
（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態に係る人工衛星構体１０１の断面図である。図９に示されるように、人工衛星構体１０１内部の中央に円筒形状のＣＦＲＰ製スラストチューブ１２０が配置され、スラストチューブ１２０の上下には、円形の上面パネル１０２及び下面パネル１０４が金属製ブラケット１４０により取り付けられている。また、人工衛星構体１０１の外表面を構成する円筒形状の外部パネル１０６が上面パネル１０２及び下面パネル１０４に取り付けられている。このような構造において、スラストチューブ１２０は、衛星全体の荷重を支持している。
図１０は、図９の要部Ａの拡大図である、スラストチューブ１２０と上面パネル１０２の接合部の断面図である。図１０に示されるように、スラストチューブ１２０と金属製のブラケット１４０の垂直片が接着面１６０を介して接着され、上面パネル１０２と金属製のブラケット１４０の水平片がねじ止めされることにより、スラストチューブ１２０と上面パネル１０２が接合されている。なお、スラストチューブ１２０と下面パネル１０４とも同様の構造により接合されている。
金属製のブラケット１４０には、接着面１６０との間に薄肉部１４０ｄが形成されるように接着面１６０に沿って延びるスリット１４０ｃが設けられている。スリット１４０ｃの底部は応力集中を避けるために角を持たないようにＲ加工されている。さらにその底部が半円形の横断面形状を有するとより好ましい。
このようにスリット１４０ｃを設けることにより薄肉部１４０ｄが形成されることによって、金属製のブラケット１４０の接着面１６０側の剛性が低下する。これにより、スラストチューブ１２０と金属製のブラケット１４０の接着面のエネルギ解放率を著しく低減し、スラストチューブと金属製のブラケットの接着剥離の防止に大きく貢献することができる。
なお、本実施形態に対して、第１の実施形態に対する第２の実施形態と同様に、スリットに柔軟な充填剤が充填されている構成、スリットが接着面に対して非平行に設けられている構成、スリットが金属部材の接着面を含む面から所定の長さに形成された溝に接続して設けられている構成、スリットが接着面のスリットの長さ方向の一部に沿って１つ又は複数設けられている構成、そのスリットの側端面がＲ加工されている構成、スリットの幅がスリットの長さ方向に連続的に変化する構成等の変形を行うことができる。
図１１は、本発明の第４の実施形態に係るロケット２０１の側面図である。図１１に示されるように、ロケット２０１の胴体２０２の下部には、尾翼２０４が取り付けられている。
図１２は、図１１のＢ−Ｂ線断面図である、ロケットの胴体２０２と尾翼２０４の接合部の断面図である。図１１に示されるように、ロケットの胴体２０２の表面にアルミ製の取付金具２４０が設けられている。また、尾翼２０４は、アルミハニカム２０６をコアとし、ＣＦＲＰ製表皮板２２０がその両面に接着されることにより構成されている。
アルミ製の取付金具２４０は突起部２４０ｂを有し、突起部の上面がアルミハニカム２０６と当接し、突起部の側面とＣＦＲＰ製表皮板２２０が接着面２６０を介して接着されることにより、ロケットの胴体２０２と尾翼２０４が接合される。
アルミ製の取付金具２４０の突起部２４０ｂには、接着面２６０との間に薄肉部２４０ｄが形成されるように接着面２６０に沿って延びるスリット２４０ｃが設けられている。スリット２４０ｃの底部は応力集中を避けるために角を持たないようにＲ加工されている。さらにその底部が半円形の横断面形状を有するとより好ましい。
このようにスリット２４０ｃを設けることにより薄肉部２４０ｄが形成されることによって、アルミ製の取付金具２４０の接着面２６０側の剛性が低下する。これにより、尾翼２０４のＣＦＲＰ製表皮板２２０とアルミ製の取付金具２４０の接着面のエネルギ解放率を著しく低減し、尾翼（ＣＦＲＰ製表皮板）とアルミ製の取付金具の接着剥離の防止に大きく貢献することができる。
なお、本実施形態に対して、第１の実施形態に対する第２の実施形態と同様に、スリットに柔軟な充填剤が充填されている構成、スリットが接着面に対して非平行に設けられている構成、スリットが金属部材の接着面を含む面から所定の長さに形成された溝に接続して設けられている構成、スリットが接着面のスリットの長さ方向の一部に沿って１つ又は複数設けられている構成、そのスリットの側端面がＲ加工されている構成、スリットの幅がスリットの長さ方向に連続的に変化する構成等の変形を行うことができる。
以上、本発明について、例示のためにいくつかの実施形態に関して説明してきたが、本発明はこれに限定されるものでなく、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、形態及び詳細について、様々な変形及び修正を行うことができることは、当業者に明らかであろう。
１ タンク
１０ 内殻
２０ 外殻
３０ 開口部
４０ 口金
４０ａ フランジ部
４０ｂ 筒状部
４０ｃ スリット
４０ｄ 薄肉部
５０ 予亀裂
５１ 予亀裂
６０ 接着面
１０１ 人工衛星構体
１０２ 上面パネル
１０４ 下面パネル
１０６ 外部パネル
１２０ スラストチューブ
１４０ ブラケット
１４０ｃ スリット
１４０ｄ 薄肉部
１６０ 接着面
２０１ ロケット
２０２ 胴体
２０４ 尾翼
２０６ アルミハニカム
２２０ ＣＦＲＰ製表皮板
２４０ 取付金具
２４０ｂ 突起部
２４０ｃ スリット
２４０ｄ 薄肉部
２６０ 接着面

Claims (26)

  1. 複合材部材と、
    前記複合材部材と接着面を介して接着されている金属部材と、
    を備え、
    前記金属部材は、前記接着面との間に薄肉部が形成されるように設けられて前記接着面に沿って延びるスリットを有し、
    前記スリットの少なくとも一部は、一定の幅を有する、金属部材と複合材部材の接合構造。
  2. 前記スリットに柔軟な充填剤が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の接合構造。
  3. 前記スリットの底部は、Ｒ加工されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造。
  4. 前記スリットの底部は、半円形の横断面形状を有することを特徴とする請求項３に記載の接合構造。
  5. 前記スリットは、前記接着面に対して非平行に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の接合構造。
  6. 前記スリットは、前記金属部材の前記接着面を含む面から所定の長さに形成された溝に接続して設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の接合構造。
  7. 前記スリットは、前記接着面の該スリットの長さ方向の一部に沿って、１つ又は複数設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の接合構造。
  8. 前記スリットの側端面は、Ｒ加工されていることを特徴とする請求項７に記載の接合構造。
  9. 前記スリットの一部の幅は該スリットの長さ方向に連続的に変化することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の接合構造。
  10. 前記スリットにより前記薄肉部が形成されることによって、前記金属部材の前記接着面側の剛性が低下する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の接合構造。
  11. 前記複合材部材は人工衛星構体を構成するスラストチューブであり、前記金属部材は前記スラストチューブと人工衛星構体を構成する上面パネル又は下面パネルとを接合するブラケットである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の接合構造。
  12. 前記複合材部材はロケット尾翼の表皮板であり、前記金属部材は前記表皮板が接着されることにより、前記ロケット尾翼とロケット胴体を接合するための取付金具である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の接合構造。
  13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載された接合構造を含む装置。
  14. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載された接合構造に用いる金属部材。
  15. 複合材製の外殻と、該外殻が備える開口部において該外殻と接続されている、筒状部を有する金属製の口金とを備えるタンクであって、
    前記筒状部の外周面の少なくとも一部が前記開口部と接着し、前記筒状部の外縁部にスリットが設けられているタンク。
  16. 前記スリットに柔軟な充填剤が充填されていることを特徴とする請求項１５に記載のタンク。
  17. 前記スリットの底部は、Ｒ加工されていることを特徴とする請求項１５又は１６に記載のタンク。
  18. 前記スリットの底部は、半円形の横断面形状を有することを特徴とする請求項１７に記載のタンク。
  19. 前記スリットは、前記筒状部の外周面に対して非平行に設けられていることを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のタンク。
  20. 前記スリットは、前記筒状部の外周面から所定の長さに形成された溝に接続して設けられていることを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のタンク。
  21. 前記スリットは前記筒状部の外縁部の一部に１つ又は複数設けられていることを特徴とする請求項１５〜２０のいずれか１項に記載のタンク。
  22. 前記スリットの側端面は、Ｒ加工されていることを特徴とする請求項２１に記載のタンク。
  23. 前記スリットの幅は該スリットの長さ方向に連続的に変化することを特徴とする請求項１５〜２２のいずれか１項に記載のタンク。
  24. 内殻をさらに備え、該内殻は樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１５〜２３のいずれか１項に記載のタンク。
  25. 内殻をさらに備え、該内殻は口金と一体的に形成された金属により形成されていることを特徴とする請求項１５〜２３のいずれか１項に記載のタンク。
  26. 複合材製の外殻を含むタンクにおいて、該外殻が備える開口部において該外殻と接続される金属製の口金であって、
    筒状部を有し、
    該筒状部の外周面の少なくとも一部が前記開口部と接着し、前記筒状部の外縁部にスリットが設けられている口金。
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