JP6238168B2 - 複合材構造 - Google Patents

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Description

本発明は、複合材構造に関する。
繊維（例えば、炭素繊維及びガラス繊維）と樹脂（例えば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂）とを組み合わせてなる複合材で形成された構造体である複合材構造は、航空機を始め、様々な工業製品に適用されている。複合材構造は、軽量且つ高剛性であり、更に一体成形することで部品点数及び組立工数を削減できるという利点があり、近年では、その適用範囲がますます拡大している。
航空機の構造体のように、せん断力と軸力との両方に耐えられる構造が必要な場合には、せん断力を受け持つ部品（例えば、外板）と、軸力を受け持つ部品（例えば、ストリンガ）とを別々に製造し、後工程で結合するという手法が採用されることがある。このような手法は、例えば、特許文献１（米国特許第６，７０２，９１１号）に開示されている。しかしながら、発明者の検討では、特許文献１に開示されている構造では、部品点数及び組立工数の削減という複合材構造の利点を十分に生かせていない。
なお、本願と関連し得る技術として、特許文献２（米国特許第５，４６９，６８６号）は、第１層と、第１層の上に並べて配置された複数の管状部材と、該複数の管状部材の上に設けられた第２層とを備え、これらが単一構造として一体成形されている（integrally formed as a unitary structure）、複合構造トラス要素を開示している。
また、特許文献３（米国特許第７，６２５，６１８号）は、２つの表皮層（skin）と、その間に挟まれた略矩形断面の複数の管状部材（hat sections）を備えた複合材構造体を開示している。
更に、特許文献４（米国特許出願公開第２０１３／００２０４３８号）は、複数のトラス要素（truss elements）とキャップとを備えた複合材フレームを開示している。該トラス要素は、互いに柔軟に結合されていると共に、キャップに結合されている。該フレームは、結合される所望の表面に沿って曲がり、該表面に一度結合されると、必要な剛性を提供する。
米国特許第６，７０２，９１１号 米国特許第５，４６９，６８６号 米国特許第７，６２５，６１８号 米国特許出願公開第２０１３／００２０４３８号
従って、本発明の目的は、十分な剛性を持ちながら、部品点数が削減された複合材構造を提供することにある。
以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係の一例を示すために、参考として、括弧付きで付加されたものである。
本発明の一の観点では、複合材構造が、第１面板（１）と、第１面板（１）に接合されたコルゲートコア（３）とを具備している。コルゲートコア（３）は、少なくとも一の開口（４）を有している。
一実施形態では、当該複合材構造が、更に、第１面板（１）に対向する第２面板（２）を具備しており、コルゲートコア（３）が、第１面板（１）と第２面板（２）の間に接合されている。
好適には、コルゲートコア（３）に複数の開口（４）が形成されることでコルゲートコア（３）にトラス構造が形成される。
一実施形態では、コルゲートコア（３）が、第１面板（１）に接合され、第１面板（１）に沿った第１方向に延伸する第１接合部（１１）と、第２面板（２）に接合され、第１方向に延伸する第２接合部（１２）と、第１接合部（１１）と第２接合部（１２）との間に連結され、第１方向に延伸する連結部（１３）とを備えていても良い。この場合、コルゲートコア（３）は、第２接合部（１２）と連結部（１３）と第１面板（１）に囲まれた第１空間（１４）が第１方向に延伸し、第１接合部（１１）と連結部（１３）と第２面板（２）に囲まれた第２空間（１５）が該第１方向に延伸し、且つ、第１空間（１４）と第２空間（１５）とが第１方向とは異なる第１面板（１）に沿った第２方向において交互に並んで配置されるような形状を有していても良い。この場合、該少なくとも一の開口（４）は、連結部（１３）に設けられてもよい。また、一実施形態では、第１接合部（１１）と第２接合部（１２）と連結部（１３）とは、コルゲートコア（３）に第２方向において周期構造が形成されるように繰り返して並んで配置されてもよい。なお、コルゲートコア（３）の形状、即ち、第１接合部（１１）と第２接合部（１２）と連結部（１３）との形状は、必ずしも、第２方向において周期構造が形成されるような形状には限定されず、コルゲートコア（３）の構造は、複合材構造の位置によって違っていてもよい。
この場合、コルゲートコア（３）に複数の開口（４）が形成され、これにより、コルゲートコア（３）が、第１接合部（１１）に連結し、第１方向に延伸する第１基部（２１）と、第２接合部（１２）に連結し、第１方向に延伸する第２基部（２２）と、第１方向に対して斜めに延伸して第１基部（２１）と第２基部（２２）を連結する第１斜柱部（２３）と、第１方向に対して斜めに延伸して第１基部（２１）と第２基部（２２）を連結する第２斜柱部（２４）とを備えるように構成されてもよい。ここで、第１斜柱部（２３）が第２基部（２２）に連結している位置は、第１斜柱部（２３）が第１基部（２１）に連結している位置に対して第１方向にずれており、第２斜柱部（２４）が第１基部（２１）に連結している位置は、第２斜柱部（２４）が第２基部（２２）に連結している位置に対して該第１方向にずれている。
また、他の実施形態では、開口（４）は、円形であってもよく、また、長円形であってもよい。
また、当該複合材構造が、第１面板（１）と第２面板（２）とを具備している場合、当該複合材構造を第１面板（１）と第２面板（２）の間に液体を保持する液体タンクとして用いてもよい。
本発明によれば、十分な剛性を持ちながら、部品点数が削減された複合材構造を提供することができる。
本発明の第１の実施形態の複合材構造の構成を示す斜視図である。 第１の実施形態の複合材構造の構成を示す側面図である。 第１の実施形態の複合材構造の変形例を示す斜視図である。 図３の変形例における複合材構造の構成を示す側面図である。 本発明の第２の実施形態の複合材構造の構成を示す斜視図である。 第２の実施形態の複合材構造の構成を示す側面図である。 第２の実施形態の複合材構造の変形例を示す斜視図である。 図７の変形例における複合材構造の構成を示す側面図である。 せん断荷重を効率よく伝達するために好適なコルゲートコアの構造の一例を示す側面図である。 せん断荷重を効率よく伝達するために好適なコルゲートコアの構造の他の例を示す側面図である。 せん断荷重を効率よく伝達するために好適なコルゲートコアの構造の更に他の例を示す側面図である。 せん断荷重を効率よく伝達するために好適なコルゲートコアの構造の更に他の例を示す側面図である。 板厚方向荷重を効率よく伝達するために好適なコルゲートコアの構造の一例を示す側面図である。 板厚方向荷重を効率よく伝達するために好適なコルゲートコアの構造の他の例を示す側面図である。 板厚方向荷重を効率よく伝達するために好適なコルゲートコアの構造の更に他の例を示す側面図である。 軸方向荷重を効率よく伝達するために好適なコルゲートコアの構造の一例を示す側面図である。 第１の実施形態の複合材構造の製造方法の一例を示す概念図である。 第１の実施形態の複合材構造の製造方法の他の例を示す概念図である。 第１の実施形態の複合材構造の製造方法の更に他の例を示す概念図である。
本発明の実施形態では、複合材構造として、面板（face plate）とコルゲートコアとを備えたコルゲート構造が採用される。コルゲート構造を採用することで、高強度の構造体を少ない部品点数で実現することが可能になり、複合材構造の利点を有効に活用することができる。
その一方で、コルゲート構造を複合材構造として採用した場合、剛性が過剰に高いために、製造工程における付形性（shapability）が低下してしまう。付形性の低下は、例えば航空機の外表面等のような複雑な曲面に複合材構造を適用する上で問題になり得る。
付形性の低下の問題に対処するために、以下に述べられる実施形態では、少なくとも一の開口が設けられたコルゲートコアが使用される。コルゲートコアに開口を設けることにより、剛性を適度に調整することができ、付形性の低下の問題に対処することができる。以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の複合材構造１０の構成を示す斜視図であり、図２は、複合材構造１０の構成を示す側面図である。以下の説明では、ＸＹＺ直交座標系を用いることがある。即ち、以下の説明において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は、互いに垂直な方向である。
図１に図示されているように、複合材構造１０は、面板１、２と、コルゲートコア３とを備えている。面板１、２と、コルゲートコア３とは、いずれも、複合材（即ち、繊維（例えば、炭素繊維やガラス繊維）と樹脂（例えば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂）とを組み合わせた材料）で構成されている。面板１、２は、互いに対向するように設けられており、コルゲートコア３は、面板１、２の間に接合されている。即ち、コルゲートコア３の一の主面に面板１が接合され、該一の主面に対向する他の主面に面板２が接合されている。なお、本実施形態でいう「接合」とは、別々に形成された部材が接着その他の手法によって接合されることと、単一構造体として一体に形成されることで接合されることの両方を含む概念であることに留意されたい。
詳細には、図２に図示されているように、コルゲートコア３は、面板１に接合される接合部１１と、面板２に接合される接合部１２と、接合部１１、１２を連結する連結部１３を有している。図２の複合材構造１０では、連結部１３は、面板１、２の内側表面１ａ、２ａに対して斜めになるように接合部１１、１２に連結されている。ただし、連結部１３は、面板１、２の内側表面１ａ、２ａに対して垂直であるように接合部１１、１２に接合されてもよい。接合部１１、１２及び連結部１３は、いずれも、Ｙ軸方向（面板１、２に沿った第１方向）に延伸するように設けられている。接合部１１、１２と連結部１３とは、Ｘ軸方向（面板１、２に沿った方向で、且つ、上記の第１方向と異なる第２方向）に繰り返して配置されている。複合材構造１０の内部には、コルゲートコア３の接合部１２、連結部１３と、面板１の内側表面１ａとで囲まれた空間１４と、コルゲートコア３の接合部１１及び連結部１３と、面板２の内側表面２ａとて囲まれた空間１５とが形成される。図１に図示されているように、コルゲートコア３は、空間１４、１５が、Ｙ軸方向に延伸し、且つ、Ｘ軸方向において、交互に並んで配置されるような構造を有している。このような構造は、高強度の構造体を少ない部品点数で実現し、複合材構造の利点を有効に活用することを可能にする。
一実施形態では、接合部１１、１２と連結部１３とは、Ｘ軸方向においてコルゲートコア３に周期構造が形成されるように繰り返して並んで配置される。なお、コルゲートコア３の形状、即ち、接合部１１、１２と連結部１３との形状は、必ずしも、Ｘ軸方向において周期構造が形成されることには限定されず、コルゲートコア３の構造は、複合材構造１０の位置によって違っていてもよい。
図１を再度に参照して、コルゲートコア３には、複数の開口４が設けられている。該複数の開口４は、連結部１３のそれぞれにおいてＹ軸方向に並んで配置されている。本実施形態では、コルゲートコア３に開口４が設けられることにより、複合材構造１０の剛性が適正に調節されている。これは、製造工程における付形性を向上させるために有用である。
コルゲートコア３に開口４が設けられている本実施形態の複合材構造１０は、他にも様々な利点を有している。まず、本実施形態の複合材構造１０は、面板１、２、コルゲートコア３を構成する複合材の厚さ及び繊維の積層方法（積層角度）と共に、開口４の形状を適切に設計することで、複合材構造１０の強度・剛性を自在に設定可能であるという利点を有している。更に、コルゲートコア３に開口４を設けることは、複合材構造１０の質量の軽減に繋がる。加えて、本実施形態の複合材構造１０は、開口４を介して複合材構造１０の各位置にアクセスが可能であり、複合材構造１０の各部分の検査の容易性を向上することができる。
更に、コルゲートコア３に開口４が設けられている構造は、複合材構造１０の内部に（即ち、面板１、２の間の空間に）液体を保持したときに、液体が開口４を介して流通可能である。このような特性を生かし、本実施形態の複合材構造１０を、面板１、２の間の空間に液体（例えば、燃料）を保持する液体タンク、例えば、燃料タンクとして利用しても良い。
図１の構造では、開口４は、コルゲートコア３にトラス構造が形成されるような形状に形成されている。このような構造は、複合材構造１０の内部でせん断荷重を効率よく伝達し、せん断荷重に対抗するために有効である。ただし、開口４の形状は、その目的に応じて様々に変更可能である。開口４の好適な形状については、後に詳細に議論する。
なお、図１、図２では、複合材構造１０が平坦な面板１、２を有しているような構造、即ち、面板１、２の外側表面１ｂ、２ｂが、平面であるような構造が図示されているが、図３、図４に図示されているように、面板１、２の外側表面１ｂ、２ｂは、曲面であってもよい。上述のように、本実施形態の複合材構造１０は、コルゲートコア３に開口４が設けられることによって付形性が向上されているため、面板１、２の外側表面１ｂ、２ｂが複雑な曲面であるような場合に特に好適である。
また、図１、図２では、開口４がコルゲートコア３の連結部１３にのみ設けられる構造（即ち、開口４がコルゲートコア３の面板１から離れている部分にのみ設けられる構造）が図示されているが、開口４は、コルゲートコア３の任意の位置（接合部１１、１２を含む）に設けられ得ることに留意されたい。
図５、図６は、第２の実施形態の複合材構造を示す図である。詳細には、図５は、該他の実施形態における複合材構造１０Ａの構成を示す斜視図であり、図６は、複合材構造１０Ａの構成を示す側面図である。図５、図６に図示されているように、複合材構造１０Ａは、図１、図２の複合材構造１０から面板２を取り除いた構成を有している。この場合、コルゲートコア３の接合部１２は、面板２とは接合されず、隣接する連結部１３を連結する部分として機能することになる。複合材構造１０Ａの内部では、コルゲートコア３の接合部１２、連結部１３と、面板１の内側表面１ａとで囲まれた空間１４が形成され、その空間１４が、Ｙ軸方向に延伸している。コルゲートコア３には、開口４が設けられている。図５、図６に図示されている複合材構造１０Ａは、強度は図１、図２に図示されている複合材構造１０よりも低下するが、高強度の構造体を少ない部品点数で実現し、複合材構造の利点を有効に活用することができる点では同じである。
なお、図５、図６においても、開口４が連結部１３にのみ設けられる構造が図示されているが、開口４は、コルゲートコア３の任意の位置（接合部１１、１２を含む）に設けられ得ることに留意されたい。
また、図５、図６は、面板１の外側表面１ｂ（コルゲートコア３と反対の表面）が平面である場合の構造を示しているが、図７、図８に図示されているように、面板１の外側表面１ｂは、曲面であってもよい。
続いて、上述の実施形態の複合材構造１０、１０Ａのコルゲートコア３の好適な構造、即ち、コルゲートコア３に設けられている開口４の好適な形状について説明する。以下に議論されるように、開口４の形状は、複合材構造１０、１０Ａに求められる強度・剛性を考慮して設計されることが望ましい。
図９Ａ〜図９Ｄは、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達するために好適なコルゲートコア３の構造（即ち、コルゲートコア３に設けられている開口４の形状）を示す側面図である。なお、図９Ａ〜図９Ｄは、コルゲートコア３の連結部１３を図２の矢印Ａの方向に見た場合の構造を示している。図９Ａ〜図９Ｄにおいては、Ｚ軸方向ではなく、Ｙ軸方向に垂直で、且つ、連結部１３に沿った方向であるＺ’軸方向が図示されており、図９Ａ〜図９Ｄにおける上下方向は、Ｚ’軸方向であることに留意されたい。
せん断荷重を効率よく伝達するためには、連結部１３にトラス構造（三角形の構造を基本単位として、該基本単位の集合体で構成された構造）が形成されることが好ましい。図９Ａは、トラス構造が形成された連結部１３の構造の一例を示している。図９Ａの構造では、コルゲートコア３の連結部１３に、開口４がＹ軸方向に並んで設けられている。両端に位置する開口４以外の開口４は、角が丸められた略二等辺三角形に形成され、両端に位置する開口４は、角が丸められた直角三角形に形成されている。ここで、両端に位置する開口４以外の開口４については、接合部１１に対向する側面１７を持つ開口４と、接合部１２に対向する側面１８を持つ開口４とが交互に並んで配置されている。
このような形状の開口４が設けられることにより、連結部１３に、基部２１、２２と、斜柱部２３、２４と、柱部２５とが形成されている。基部２１は、接合部１１に連結しており、接合部１１に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。また、基部２２は、接合部１２に連結しており、接合部１２に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。上述のように、接合部１１は、面板１に接合される部分であり、接合部１２は、（面板２が設けられる場合には）面板２に接合される部分である。
斜柱部２３、２４は、基部２１、２２に対して斜めに（即ち、Ｙ軸方向に対して斜めに）延伸して基部２１、２２を連結している。ここで、斜柱部２３は、基部２２に連結している端のＹ軸方向の位置が、基部２１に連結している端から＋Ｙ方向にずれているように基部２１、２２に連結されており、斜柱部２４は、基部２１に連結している端のＹ軸方向の位置が、基部２２に連結している端から＋Ｙ方向にずれているように基部２１、２２に連結されている。また、柱部２５は、基部２１、２２の端から基部２１、２２に対して垂直に延伸して基部２１、２２を連結している。
上記の連結部１３の構造においては、基部２１、２２に対して斜めに延伸して基部２１、２２を連結する斜柱部２３、２４が設けられていることにより、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達することが可能になっている。このような連結部１３の構造は、複合材構造１０、１０Ａの重量を低減しながら、複合材構造１０、１０Ａに作用するせん断荷重を支持するために有効である。
図９Ｂは、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達するためのコルゲートコア３の連結部１３の構造の他の例を示す側面図である。図９Ｂの構造においても、連結部１３に、開口４がＹ軸方向に並んで設けられている。ただし、図９Ｂの構造では、両端に位置する開口４以外の開口４は、角が丸められた略直角台形に形成され、両端に位置する開口４は、角が丸められた直角三角形に形成されている。ここで、両端に位置する開口４以外の開口４については、接合部１１に対向する側面１７のＹ軸方向の長さが、接合部１２に対向する側面１８のＹ軸方向の長さよりも長い開口４と、接合部１１に対向する側面１７のＹ軸方向の長さが、接合部１２に対向する側面１８のＹ軸方向の長さよりも短い開口４とが、交互に並んで配置されている。
このような形状の開口４が設けられることにより、連結部１３に、基部２１、２２と、斜柱部２３、２４と、柱部２５、２６とが形成されている。基部２１は、接合部１１に連結しており、接合部１１に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。また、基部２２は、接合部１２に連結しており、接合部１２に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。
斜柱部２３、２４は、基部２１、２２に対して斜めに（即ち、Ｙ軸方向に対して斜めに）延伸して基部２１、２２を連結している。ここで、斜柱部２３は、基部２２に連結している端のＹ軸方向の位置が、基部２１に連結している端から＋Ｙ方向にずれているように基部２１、２２に連結されており、斜柱部２４は、基部２１に連結している端のＹ軸方向の位置が、基部２２に連結している端から＋Ｙ方向にずれているように基部２１、２２に連結されている。柱部２５は、基部２１、２２の端から基部２１、２２に対して垂直に延伸して基部２１、２２を連結している。また、各柱部２６は、隣接する斜柱部２３、２４の間の位置に設けられており、基部２１、２２に垂直に延伸して基部２１、２２を連結している。
上記の連結部１３の構造においては、基部２１、２２に対して斜めに延伸して基部２１、２２を連結する斜柱部２３、２４が設けられていることにより、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達することが可能になっている。このような連結部１３の構造は、複合材構造１０、１０Ａの重量を低減しながら、複合材構造１０、１０Ａに作用するせん断荷重を支持するために有効である。また、図９Ｂの構造においては、基部２１、２２に垂直に延伸して基部２１、２２を連結する柱部２６が設けられていることにより、板厚方向荷重（板厚方向（Ｚ軸方向）に作用する荷重）に対する強度も向上されている。
図９Ｃは、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達するためのコルゲートコア３の連結部１３の構造の更に他の例を示す側面図である。図９Ｃの構造においても、連結部１３に、開口４がＹ軸方向に並んで設けられ、これにより、連結部１３にトラス構造が形成されている。ただし、図９Ｃの構造では、各開口４が、角が丸められた略直角三角形に形成されている。
このような形状の開口４が設けられることにより、連結部１３に、基部２１、２２と、斜柱部２３、２４と、柱部２５、２６とが形成されている。基部２１は、接合部１１に連結しており、接合部１１に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。また、基部２２は、接合部１２に連結しており、接合部１２に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。
斜柱部２３、２４は、基部２１、２２に対して斜めに（即ち、Ｙ軸方向に対して斜めに）延伸して基部２１、２２を連結している。ここで、斜柱部２３は、基部２２に連結している端のＹ軸方向の位置が、基部２１に連結している端から＋Ｙ方向にずれているように基部２１、２２に連結されており、斜柱部２４は、基部２１に連結している端のＹ軸方向の位置が、基部２２に連結している端から＋Ｙ方向にずれているように基部２１、２２に連結されている。図９Ｃの構造では、斜柱部２３、２４が離間されている図９Ｂの構造と異なり、斜柱部２３、２４が接して設けられている。柱部２５は、基部２１、２２の端から基部２１、２２に対して垂直に延伸して基部２１、２２を連結している。また、各柱部２６は、その一端が斜柱部２３、２４が接している位置に連結し、他端が基部２１又は２２に連結するように設けられている。柱部２６は、基部２１、２２に垂直に延伸して基部２１、２２を連結している。
上記の連結部１３の構造においては、基部２１、２２に対して斜めに延伸して基部２１、２２を連結する斜柱部２３、２４が設けられていることにより、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達することが可能になっている。このような連結部１３の構造は、複合材構造１０、１０Ａの重量を低減しながら、複合材構造１０、１０Ａに作用するせん断荷重を支持するために有効である。また、図９Ｃの構造においても、基部２１、２２に垂直に延伸して基部２１、２２を連結する柱部２６が設けられていることにより、板厚方向荷重（板厚方向（Ｚ軸方向）に作用する荷重）に対する強度も向上されている。
図９Ｄは、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達するためのコルゲートコア３の連結部１３の構造の更に他の例を示す側面図である。図９Ｄの構造においても、連結部１３に、開口４がＹ軸方向に並んで設けられている。ただし、図９Ｄの構造では、連結部１３に、４種類の開口４ａ〜４ｄが設けられ、これにより、連結部１３にトラス構造が形成されている。詳細には、開口４ａは、角が丸められた略菱形の形状を有している。開口４ｂは、角が丸められた略二等辺三角形の形状を有しており、接合部１１に対向する側面１７を有している。一方、開口４ｃは、角が丸められた略二等辺三角形の形状を有しており、接合部１２に対向する側面１８を有している。一対の開口４ｂ、４ｃは、Ｙ軸方向に垂直な方向に並んで配置されている。開口４ｄは、角が丸められた略二等辺三角形の形状を有しており、開口４の列の両端に位置している。
このような形状の開口４が設けられることにより、連結部１３に、基部２１、２２と、斜柱部２３、２４と、柱部２５とが形成されている。基部２１は、接合部１１に連結しており、接合部１１に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。また、基部２２は、接合部１２に連結しており、接合部１２に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。
斜柱部２３、２４は、基部２１、２２に対して斜めに（即ち、Ｙ軸方向に対して斜めに）延伸して基部２１、２２を連結している。ここで、斜柱部２３は、基部２２に連結している端のＹ軸方向の位置が、基部２１に連結している端から＋Ｙ方向にずれているように基部２１、２２に連結されており、斜柱部２４は、基部２１に連結している端のＹ軸方向の位置が、基部２２に連結している端から＋Ｙ方向にずれているように基部２１、２２に連結されている。図９Ｄの構造では、斜柱部２３、２４が互いに交差するように設けられており、斜柱部２３、２４は、その中央において結合している。柱部２５は、基部２１、２２の端から基部２１、２２に対して垂直に延伸して基部２１、２２を連結している。
図９Ｄに図示されている連結部１３の構造においても、基部２１、２２に対して斜めに延伸して基部２１、２２を連結する斜柱部２３、２４が設けられていることにより、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達することが可能になっている。このような連結部１３の構造は、複合材構造１０、１０Ａの重量を低減しながら、複合材構造１０、１０Ａに作用するせん断荷重を支持するために有効である。
図１０Ａ〜図１０Ｃは、複合材構造１０、１０Ａの内部で板厚方向荷重（即ち、板厚方向（Ｚ軸方向）に作用する荷重）を効率よく伝達するために好適なコルゲートコア３の構造（即ち、コルゲートコア３に設けられている開口４の形状）を示す側面図である。なお、図１０Ａ〜図１０Ｃは、コルゲートコア３の連結部１３を図２の矢印Ａの方向に見た場合の構造を示している。図１０Ａ〜図１０Ｃにおいても、Ｚ軸方向ではなく、Ｚ’軸方向（Ｙ軸方向に垂直で、且つ、連結部１３に沿った方向）が図示されている。図１０Ａ〜図１０Ｃにおける上下方向は、Ｚ’軸方向であることに留意されたい。
図１０Ａは、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達するためのコルゲートコア３の連結部１３の構造の一例を示す側面図である。図１０Ａの構造においては、連結部１３に、略矩形の開口４がＹ軸方向に並んで設けられている。このような形状の開口４により、連結部１３に、基部２１、２２と、柱部２５、２６とが形成されている。基部２１は、接合部１１に連結しており、接合部１１に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。また、基部２２は、接合部１２に連結しており、接合部１２に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。柱部２５、２６は、基部２１、２２に対して垂直に延伸して基部２１、２２を連結している。ここで、柱部２５は、基部２１、２２の端に連結しており、柱部２６は、基部２１、２２の中間の位置において基部２１、２２に連結している。
図１０Ａの構造においては、基部２１、２２に垂直に延伸して基部２１、２２を連結する柱部２５、２６が設けられていることにより、複合材構造１０、１０Ａの内部で板厚方向荷重を効率よく伝達することが可能になっている。このような連結部１３の構造は、複合材構造１０、１０Ａの重量を低減しながら、複合材構造１０、１０Ａに作用する板厚方向荷重を支持するために有効である。
図１０Ｂは、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達するためのコルゲートコア３の連結部１３の構造の他の例を示す側面図である。図１０Ｂの構造においては、連結部１３に、円形の開口４がＹ軸方向に並んで設けられている。このような形状の開口４が設けられることにより、連結部１３に、基部２１、２２と、柱部２７とが形成されている。基部２１は、接合部１１に連結しており、接合部１１に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。また、基部２２は、接合部１２に連結しており、接合部１２に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。柱部２７は、基部２１、２２に対して垂直に延伸して基部２１、２２を連結している。
図１０Ｂの構造においても、基部２１、２２に垂直に延伸して基部２１、２２を連結する柱部２７が設けられていることにより、複合材構造１０、１０Ａの内部で板厚方向荷重を効率よく伝達することが可能になっている。このような連結部１３の構造は、複合材構造１０、１０Ａの重量を低減しながら、複合材構造１０、１０Ａに作用する板厚方向荷重を支持するために有効である。また、図１０Ｂの構造では、開口４が円形であるために開口４の近傍に応力が集中しにくく、複合材構造１０、１０Ａの強度を向上させることができる。
図１０Ｃは、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達するためのコルゲートコア３の連結部１３の構造の他の例を示す側面図である。図１０Ｃの構造においては、連結部１３に、Ｙ軸方向に垂直な方向に長い長円形（oval）の開口４がＹ軸方向に並んで設けられている。本明細書の「長円形」という用語は、２つの半円形が２本の平行な線分で結合されて構成された図形、及び、楕円（ellipse）の両方を含む意味で用いられている。このような形状の開口４が設けられることにより、連結部１３に、基部２１、２２と、柱部２７とが形成されている。基部２１は、接合部１１に連結しており、接合部１１に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。また、基部２２は、接合部１２に連結しており、接合部１２に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。柱部２７は、基部２１、２２に対して垂直に延伸して基部２１、２２を連結している。
図１０Ｃの構造においても、基部２１、２２に垂直に延伸して基部２１、２２を連結する柱部２７が設けられていることにより、複合材構造１０、１０Ａの内部で板厚方向荷重を効率よく伝達することが可能になっている。このような連結部１３の構造は、複合材構造１０、１０Ａの重量を低減しながら、複合材構造１０、１０Ａに作用する板厚方向荷重を支持するために有効である。また、図１０Ｃの構造では、開口４が長円形であるために開口４の近傍に応力が集中しにくく、複合材構造１０、１０Ａの強度を向上させることができる。
図１１は、複合材構造１０、１０Ａの内部で軸方向荷重（即ち、Ｙ軸方向）に作用する荷重）を効率よく伝達するために好適なコルゲートコア３の構造（即ち、コルゲートコア３に設けられている開口４の形状）を示す側面図である。なお、図１１は、コルゲートコア３の連結部１３を図２の矢印Ａの方向に見た場合の構造を示している。図１１においても、Ｚ軸方向ではなく、Ｚ’軸方向（Ｙ軸方向に垂直で、且つ、連結部１３に沿った方向）が図示されている。図１１における上下方向は、Ｚ’軸方向であることに留意されたい。
図１１の構造においては、連結部１３に、略矩形の開口４が行列をなして（即ち、Ｙ軸方向及びＺ’軸方向に並んで）配置されている。このような形状の開口４が設けられることにより、連結部１３に、基部２１、２２と、柱部２５、２６と、梁部２８とが形成されている。基部２１は、接合部１１に連結しており、接合部１１に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。また、基部２２は、接合部１２に連結しており、接合部１２に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。柱部２５、２６は、基部２１、２２に対して垂直に延伸して基部２１、２２を連結している。ここで、柱部２５は、基部２１、２２の端に連結しており、柱部２６は、基部２１、２２の中間の位置において基部２１、２２に連結している。梁部２８は、複合材構造１０、１０Ａの軸方向（即ち、Ｙ軸方向）に延伸して隣接する柱部２５、２６を連結している。
図１１の構造は、複合材構造１０、１０Ａの軸方向（即ち、Ｙ軸方向）に延伸して隣接する柱部２５、２６を連結する梁部２８が設けられていることにより、複合材構造１０、１０Ａの内部で軸方向荷重を効率よく伝達することが可能になっている。このような連結部１３の構造は、複合材構造１０、１０Ａの重量を低減しながら、複合材構造１０、１０Ａに作用する軸方向荷重を支持するために有効である。
続いて、本実施形態の複合材構造１０、１０Ａの製造方法について説明する。上述された様々な複合材構造１０、１０Ａについて、面板１、２とコルゲートコア３とは、多様な方法で製造され得る。面板１とコルゲートコア３とは、一体に成形されていてもよいし、また、面板１とコルゲートコア３とが別部材として作製された後で接合されてもよい。同様に、面板２とコルゲートコア３とは、一体に成形されていてもよいし、また、面板２とコルゲートコア３とが別部材として作製された後で接合されてもよい。また、面板１、２とコルゲートコア３の全てが一体に成形されていてもよい。
一実施形態では、最終的に面板１、２とコルゲートコア３となる中間生成物（intermediate product）がそれぞれ、シート状の又はテープ状のプリプレグで作製され、作製された中間生成物が、コキュア（co-cure）、コボンド（co-bond）、又は、２次接着によって接合されてもよい。
図１２は、シート状のプリプレグを用いて複合材構造１０を製造する製造方法の一例を示す概念図である。平坦なマンドレル３１の上にシート状のプリプレグ３２が積層され、積層体３３が形成される（図１２（ａ））。後述されるように、積層体３３は、後の工程によってコルゲートコア３に形成される中間生成物である。積層されるプリプレグ３２の数や各プリプレグ３２の繊維方向は、最終的に形成されるコルゲートコア３が適切な強度・剛性を有するように決定される。
続いて、抜き打ち（punching）や切り抜き（cutting）により、積層体３３に開口４が形成される（図１２（ｂ））。
続いて、プレス（pressing）や立体裁断（draping）によって積層体３３が、最終的に成形されるコルゲートコア３の形状に成形される（図１２（ｃ））。この時点では、積層体３３は未硬化である。
続いて、別途に成形された面板１、２とコルゲートコア３とを接合する工程が行われて複合材構造１０の製造が完了する（図１２（ｄ）。面板１、２とコルゲートコア３との接合は、様々な手法で行われ得る。
面板１、２とコルゲートコア３とは、コキュア（co-cure）によって接合されてもよい。この場合、最終的に面板１、２となる未硬化の部材３４、３５がプリプレグを積層して形成され、積層体３３と共に部材３４、３５を硬化することで、面板１、２とコルゲートコア３とが接合された複合材構造１０が完成する。
また、面板１、２とコルゲートコア３とは、コボンド（co-bond）によって接合されてもよい。この場合、積層体３３が硬化されてコルゲートコア３が形成される一方で、最終的に面板１、２となる未硬化の部材３４、３５がプリプレグを積層して形成される。硬化後のコルゲートコア３が、接着材を介して未硬化の部材３４、３５に当接された状態で硬化が行われ、これにより、面板１、２とコルゲートコア３とが接合された複合材構造１０が完成する。
また、面板１、２とコルゲートコア３とは、２次接着によって接合されてもよい。この場合、積層体３３が硬化されてコルゲートコア３が形成される一方で、硬化後の面板１、２が形成される。硬化後のコルゲートコア３が、接着材を介して硬化後の面板１、２に当接された状態で該接着剤の硬化が行われ、これにより、面板１、２とコルゲートコア３とが接合された複合材構造１０が完成する。
図１３は、テープ状のプリプレグ（プリプレグテープ）を用いて複合材構造１０を製造する製造方法の一例を示す概念図である。平坦なマンドレル３１の上にプリプレグテープ３６が積層され、開口４が形成された積層体３３が形成される（図１３（ａ））。プリプレグテープ３６は、ＡＦＰ（automated fiber placement）技術を用いて積層されても良い。ここで、図１３の製造方法では、プリプレグテープを用いて所望の形状の積層体３３が形成可能なので、抜き打ち（punching）や切り抜き（cutting）によって開口４を形成する必要が無いことに留意されたい。
続いて、図１２の製造方法と同様に、プレス（pressing）や立体裁断（draping）によって積層体３３が、最終的に成形されるコルゲートコア３の形状に成形され（図１３（ｂ））、更に、面板１、２とコルゲートコア３とを接合する工程が行われる（図１３（ｃ））。図１２の製造方法と同様に、面板１、２とコルゲートコア３とを接合する工程では、コキュア（co-cure）、コボンド（co-bond）、２次接着のいずれを用いても良い。以上の工程により、複合材構造１０が完成する。
一方、図１４は、ドライプリフォームに樹脂を含浸させるＲＴＭ（resin transfer molding）技術を用いて複合材構造１０を製造する製造方法を示す概念図である。
まず、開口４を有するドライプリフォーム４１が用意される（図１４（ａ））。開口４を有するドライプリフォーム４１は、平板状のドライプリフォームに抜き打ち（punching）や切り抜き（cutting）によって開口４を形成することで形成しても良い。
続いて、ＲＴＭによってドライプリフォーム４１に樹脂を含浸させることで、コルゲートコア３が形成される（図１４（ｂ））。詳細には、マンドレル４２、４３にドライプリフォーム４１を挟んだ状態で樹脂が含浸され、更に、所望の温度で該樹脂が硬化される。これにより、硬化されたコルゲートコア３が完成する。
続いて、別途に成形された面板１、２とコルゲートコア３とを接合する工程が行われて複合材構造１０の製造が完了する（図１４（ｃ）。面板１、２とコルゲートコア３との接合は、様々な手法で行われ得る。
面板１、２とコルゲートコア３とは、コボンド（co-bond）によって接合されてもよい。この場合、最終的に面板１、２となる未硬化の部材３４、３５がプリプレグを積層して形成され、更に、硬化後のコルゲートコア３が、接着材を介して未硬化の部材３４、３５に当接された状態で硬化が行われる。これにより、面板１、２とコルゲートコア３とが接合された複合材構造１０が完成する。
また、面板１、２とコルゲートコア３とは、２次接着によって接合されてもよい。この場合、硬化後の面板１、２が用意され、更に、硬化後のコルゲートコア３が、接着材を介して硬化後の面板１、２に当接された状態で該接着剤の硬化が行われる。これにより、面板１、２とコルゲートコア３とが接合された複合材構造１０が完成する。
なお、面板２がない複合材構造１０Ａの製造は、上述の製造方法において、コルゲートコア３に面板２を接合しないことで実現可能であることは、当業者には容易に理解されよう。
以上には、本発明の様々な実施形態が具体的に記述されているが、本発明は、上述の実施形態に限定されない。本発明が、様々な変更と共に実施され得ることは、当業者には自明的であろう。
１、２ ：面板
１ａ、２ａ：内側表面
１ｂ、２ｂ：外側表面
３ ：コルゲートコア
４、４ａ〜４ｄ：開口
１０、１０Ａ：複合材構造
１１、１２：接合部
１３ ：連結部
１４、１５：空間
１７、１８：側面
２１、２２：基部
２３、２４：斜柱部
２５、２６、２７：柱部
２８ ：梁部
３１ ：マンドレル
３２ ：プリプレグ
３３ ：積層体
３４、３５：部材
３６ ：プリプレグテープ
４１ ：ドライプリフォーム
４２、４３：マンドレル

Claims (6)

  1. 第１面板と、
    第２面板と、
    前記第１面板と前記第２面板の間に接合されたコルゲートコア
    とを具備し、
    前記第１面板と前記第２面板と前記コルゲートコアは、炭素繊維又はガラス繊維と樹脂とを組み合わせた複合材で形成され、
    前記コルゲートコアが、
    前記第１面板に接合され、前記第１面板に沿った第１方向に延伸する第１接合部と、
    前記第２面板に接合され、前記第１方向に延伸する第２接合部と、
    前記第１接合部と前記第２接合部との間に連結され、前記第１方向に延伸する連結部
    とを備え、
    前記コルゲートコアは、前記第２接合部と前記連結部と前記第１面板に囲まれた第１空間が前記第１方向に延伸し、前記第１接合部と前記連結部と前記第２面板に囲まれた第２空間が前記第１方向に延伸し、且つ、前記第１空間と前記第２空間とが前記第１方向とは異なる前記第１面板に沿った第２方向において交互に並んで配置されるような形状を有しており、
    前記コルゲートコアが少なくとも一の開口を有しており、
    前記少なくとも一の開口は、前記連結部に設けられた
    複合材構造。
  2. 請求項１に記載の複合材構造であって、
    前記少なくとも一の開口は、複数の開口を含み、
    前記コルゲートコアに前記複数の開口が形成されることで前記コルゲートコアにトラス構造が形成されている
    複合材構造。
  3. 請求項１に記載の複合材構造であって、
    前記少なくとも一の開口は、前記第１方向に並んで配置された複数の開口を含み、
    前記コルゲートコアは、
    前記第１接合部に連結し、前記第１方向に延伸する第１基部と、
    前記第２接合部に連結し、前記第１方向に延伸する第２基部と、
    前記第１方向に対して斜めに延伸して前記第１基部と前記第２基部を連結する第１斜柱部と、
    前記第１方向に対して斜めに延伸して前記第１基部と前記第２基部を連結する第２斜柱部
    とを備え、
    前記第１斜柱部が前記第２基部に連結している位置は、前記第１斜柱部が前記第１基部に連結している位置に対して前記第１方向にずれており、
    前記第２斜柱部が前記第１基部に連結している位置は、前記第２斜柱部が前記第２基部に連結している位置に対して前記第１方向にずれている
    複合材構造。
  4. 請求項１に記載の複合材構造であって、
    前記少なくとも一の開口は、円形である
    複合材構造。
  5. 請求項１に記載の複合材構造であって、
    前記少なくとも一の開口は、長円形である
    複合材構造。
  6. 請求項１に記載の複合材構造を備え、前記第１面板と前記第２面板の間に液体を保持する
    液体タンク。
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