JP7173854B2 - 継手構造 - Google Patents

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Description

本発明は、継手構造に関する。
航空機などでは、繊維強化プラスチックなどからなる第１部材と、金属材料からなる第２部材とを接続する場合がある（例えば、特許文献１）。第１部材と第２部材は、例えば、接着剤によって接着されたり、ボルトやリベットなどのファスナで締結されたりする。
航空機を運搬する場合、胴体と主翼の着脱が行われるため、接着やファスナ締結よりも着脱が容易な手段が望まれる。そこで、建築で用いられる継手の一種である蟻継ぎを用いることが考えられる（例えば、特許文献２）。
特開２０１７－０５２１８３号公報 特表２００９－５０４４９３号公報
上記の特許文献１に記載のように、繊維強化プラスチックを含む異種材料からなる部材間の継手構造に、特許文献２に記載の蟻継ぎなどの構造を適用する場合、繊維強化プラスチックを構成する複数の層の配置によっては、層間に荷重が作用し易くなるなどして強度が低下してしまう。
本発明は、このような課題に鑑み、強度の低下を抑制することが可能な継手構造を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本発明の継手構造は、第１部材と、第１部材と異なる素材からなる第２部材と、第１部材に形成され、先端部が基端部よりも太い突出部と、第２部材に形成され、突出部が挿通される嵌合溝と、突出部の表面に先端部から基端部まで延在し、第１部材と第２部材の対向方向に対して傾斜する傾斜面と、少なくとも突出部を構成し、傾斜面に沿って繊維が延在する部位を有する繊維強化プラスチックからなる複数の層と、を備え、突出部の先端部は、対向方向に垂直な端面を有し、突出部を構成する層は、端面に沿って延在する部位を有する。
突出部を構成する層では、傾斜面に沿って延在する部位と、端面に沿って延在する部位が連続してもよい。
上記課題を解決するために、本発明の継手構造は、第１部材と、第１部材と異なる素材からなる第２部材と、第１部材に形成され、先端部が基端部よりも太い突出部と、第２部材に形成され、突出部が挿通される嵌合溝と、突出部の表面に先端部から基端部まで延在し、第１部材と第２部材の対向方向に対して傾斜する傾斜面と、少なくとも突出部を構成し、傾斜面に沿って繊維が延在する部位を有する繊維強化プラスチックからなる複数の層と、を備え、第１部材のうち、基端部が位置する基端面は、複数の層によって構成され、基端面を構成する複数の層は、基端面に沿って延在する部位を有する。
本発明によれば、強度の低下を抑制することが可能となる。
航空機を構成する一部の部材の継手構造の斜視図である。 図１のうち、二点鎖線部分のＩＩ矢視図である。 第１部材と第２部材の連結前の状態を示す図である。 変形例を説明するための図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
図１は、航空機を構成する一部の部材の継手構造１００の斜視図である。ここでは、第１部材１１０として、航空機の主翼を構成し、ストリンガＳＴが取り付けられる外板部材を例に挙げる。第２部材１２０として、航空機の胴体のうち、外板部材との連結部材を例に挙げる。また、第２部材１２０は、第１部材１１０側の一部のみを抽出して示す。第１部材１１０および第２部材１２０は、例えば、大凡板形状である。第１部材１１０および第２部材１２０は、航空機を構成する他の部材であってもよいし、航空機以外の部材であってもよい。
第１部材１１０は、例えば、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）で構成される。第２部材１２０は、例えば、チタン合金で構成される。ただし、第１部材１１０と第２部材１２０は、互いに異なる素材であって、第１部材１１０が複合材料であれば、他の素材で構成されてもよい。
図２は、図１のうち、二点鎖線部分のＩＩ矢視図である。図２に示すように、第１部材１１０のうち、第２部材１２０側の端部１１２には、突出部１１４が形成される。第２部材１２０のうち、第１部材１１０側の端部１２２には、嵌合溝１２４が形成される。突出部１１４が嵌合溝１２４に挿通されて、第１部材１１０と第２部材１２０が連結される。
図３は、第１部材１１０と第２部材１２０の連結前の状態を示す図である。図３に示すように、突出部１１４は、第１部材１１０の端部１１２側の基端部１１４ａに対し、端部１１２から離隔する先端部１１４ｂの方が太い。先端部１１４ｂは、基端部１１４ａに対し、図３中、上下方向に大きい。先端部１１４ｂは、端面１１４ｃを有する。端面１１４ｃは、第１部材１１０の端部１１２と、第２部材１２０の端部１２２との対向方向（以下、単に対向方向という）に対して垂直に延在する。
突出部１１４には、傾斜面１１４ｄ、１１４ｅが形成される。傾斜面１１４ｄ、１１４ｅは、先端部１１４ｂから基端部１１４ａまで延在する。傾斜面１１４ｄは、第１部材１１０の厚さ方向（図３中、上下方向）の中心に対し、一方側（図３中、上側）に位置する。傾斜面１１４ｅは、第１部材１１０の厚さ方向（図３中、上下方向）の中心に対し、他方側（図３中、下側）に位置する。
嵌合溝１２４は、突出部１１４が嵌合する形状である。すなわち、嵌合溝１２４の底面１２４ａは、嵌合溝１２４のうち、端部１２２の開口部１２４ｂよりも、図３中、上下方向に大きい。内壁面１２４ｃ、１２４ｄは、底面１２４ａから開口部１２４ｂまで延在する。内壁面１２４ｃ、１２４ｄは、突出部１１４の傾斜面１１４ｄ、１１４ｅと同じく傾斜している。
突出部１１４の先端部１１４ｂは、嵌合溝１２４の開口部１２４ｂよりも大きい。そのため、突出部１１４を、図３中、右側に移動させても、突出部１１４を嵌合溝１２４に挿通させることはできない。例えば、突出部１１４を、嵌合溝１２４よりも、図３中、手前側に移動させた後、図２に示すように、突出部１１４が嵌合溝１２４に重なる位置に配置する。そして、突出部１１４を、図２中、奥側に移動させると、突出部１１４が嵌合溝１２４に挿通される。
突出部１１４を含む第１部材１１０は、複合材料からなる複数の繊維含有層１１６からなる。ここでは、繊維含有層１１６は、例えば、繊維および樹脂で構成される。図２、図３、図４では、繊維含有層１１６をクロスハッチングで示す。また、繊維含有層１１６の延在方向を把握し易いように、層間を大きく図示しているが、実際には層間がほとんどなくてもよい。
図３に示すように、繊維含有層１１６のうち、突出部１１４を構成する繊維含有層１１６ａは、傾斜面１１４ｄ、１１４ｅに近い（表面に近い）ものほど、傾斜面１１４ｄ、１１４ｅに沿って延在する部位１１６ｂを有する。また、繊維含有層１１６ａは、端面１１４ｃに沿って延在する部位１１６ｃを有する。
繊維含有層１１６ａのうち、傾斜面１１４ｄ、１１４ｅに沿って延在する部位１１６ｂと、端面１１４ｃに沿って延在する部位１１６ｃは、連続している。すなわち、２つの部位１１６ｂ、１１６ｃは、同一の繊維含有層１１６ａによって構成される。
また、第１部材１１０のうち、突出部１１４が形成される面（端部１２２）を基端面１１８という。基端面１１８には、突出部１１４の基端部１１４ａが位置する（配される）。繊維含有層１１６のうち、基端面１１８を構成する複数の繊維含有層１１６ｄは、基端面１１８に沿って延在する部位１１６ｅを有する。また、繊維含有層１１６ｄは、対向方向に延在する部位１１６ｆを有する。基端面１１８に沿って延在する部位１１６ｅと、対向方向に延在する部位１１６ｆは、連続している。すなわち、２つの部位１１６ｅ、１１６ｆは、同一の繊維含有層１１６ｄによって構成される。
このように、継手構造１００は、蟻継ぎの構造を有している。蟻継ぎには、高い寸法精度が要求される。また、上記のような複雑な繊維含有層１１６の配置には、従来のプリプレグを積層する製法では困難であった。継手構造１００では、それぞれの別体のノズルから繊維と樹脂を噴射して成型する３Ｄプリンタが用いられる。そのため、複雑な繊維含有層１１６の配置で、高い寸法精度で成型することが可能となる。
例えば、繊維含有層１１６の部位１１６ｂは、先端部１１４ｂに近づくに従って他の部位よりも層の厚みを厚くする必要がある。部位１１６ｂの成型時には、ノズルの移動速度に対し、ノズルから射出する繊維や樹脂の量の比を大きくすることで、部位１１６ｂを厚くすることができる。
上記のように、繊維含有層１１６は、傾斜面１１４ｄ、１１４ｅに沿って延在する部位１１６ｂを有している。そのため、傾斜面１１４ｄ、１１４ｅに繊維含有層１１６の端部が配される構成に比べて、強度の低下を抑えることが可能となる。
図４は、変形例を説明するための図である。図４に示すように、変形例の継手構造１００Ａでは、上述した実施形態のように、繊維含有層１１６の部位１１６ｃ、１１６ｅが設けられていない。繊維含有層１１６の部位１１６ｂ、１１６ｆは、設けられる。部位１１６ｂの成型時には、上述した実施形態と同様、ノズルの移動速度に対し、ノズルから射出する繊維や樹脂の量の比を大きくすることで、部位１１６ｂを厚くしている。
変形例であっても、上述した実施形態と同様、繊維含有層１１６は、傾斜面１１４ｄ、１１４ｅに沿って延在する部位１１６ｂを有している。そのため、傾斜面１１４ｄ、１１４ｅに繊維含有層１１６の端部が配される構成に比べて、強度の低下を抑えることが可能となる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上述した実施形態では、突出部１１４を構成する繊維含有層１１６ａが、端面１１４ｃに沿って延在する部位１１６ｃを有する場合について説明した。この場合、端面１１４ｃに繊維含有層１１６ａの端部が位置する場合に比べて、強度の低下を抑えることが可能となる。ただし、変形例のように、部位１１６ｃが設けられていなくてもよい。
また、上述した実施形態では、繊維含有層１１６ａのうち、傾斜面１１４ｄ、１１４ｅに沿って延在する部位１１６ｂと、端面１１４ｃに沿って延在する部位１１６ｃが連続している場合について説明した。この場合、部位１１６ｂと部位１１６ｃが連続していない場合に比べて、強度の低下を抑えることが可能となる。ただし、部位１１６ｂと部位１１６ｃが分断していてもよい。
また、上述した実施形態では、基端面１１８を構成する複数の繊維含有層１１６ｄは、基端面１１８に沿って延在する部位１１６ｅを有する場合について説明した。この場合、基端面１１８に繊維含有層１１６ｄの端部が位置する場合に比べて、強度の低下を抑えることが可能となる。ただし、変形例のように、部位１１６ｅが設けられていなくてもよい。
本発明は、継手構造に利用することができる。
１００、１００Ａ 継手構造
１１０ 第１部材
１１２ 端部
１１４ 突出部
１１４ａ 基端部
１１４ｂ 先端部
１１４ｃ 端面
１１４ｄ、１１４ｅ 傾斜面
１１６、１１６ａ、１１６ｄ 繊維含有層（層）
１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｅ、１１６ｆ 部位
１１８ 基端面
１２０ 第２部材
１２２ 端部
１２４ 嵌合溝

Claims (3)

  1. 第１部材と、
    前記第１部材と異なる素材からなる第２部材と、
    前記第１部材に形成され、先端部が基端部よりも太い突出部と、
    前記第２部材に形成され、前記突出部が挿通される嵌合溝と、
    前記突出部の表面に前記先端部から前記基端部まで延在し、前記第１部材と前記第２部材の対向方向に対して傾斜する傾斜面と、
    少なくとも前記突出部を構成し、前記傾斜面に沿って繊維が延在する部位を有する繊維強化プラスチックからなる複数の層と、
    を備え、
    前記突出部の先端部は、前記対向方向に垂直な端面を有し、
    前記突出部を構成する前記層は、前記端面に沿って延在する部位を有する継手構造。
  2. 前記突出部を構成する前記層では、前記傾斜面に沿って延在する部位と、前記端面に沿って延在する部位が連続する請求項１に記載の継手構造。
  3. 第１部材と、
    前記第１部材と異なる素材からなる第２部材と、
    前記第１部材に形成され、先端部が基端部よりも太い突出部と、
    前記第２部材に形成され、前記突出部が挿通される嵌合溝と、
    前記突出部の表面に前記先端部から前記基端部まで延在し、前記第１部材と前記第２部材の対向方向に対して傾斜する傾斜面と、
    少なくとも前記突出部を構成し、前記傾斜面に沿って繊維が延在する部位を有する繊維強化プラスチックからなる複数の層と、
    を備え、
    前記第１部材のうち、前記基端部が位置する基端面は、前記複数の層によって構成され、前記基端面を構成する複数の層は、前記基端面に沿って延在する部位を有する継手構造。
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