JPH0419129A - 繊維強化複合材料製トラス継手およびその製造方法 - Google Patents

繊維強化複合材料製トラス継手およびその製造方法

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JPH0419129A
JPH0419129A JP2123647A JP12364790A JPH0419129A JP H0419129 A JPH0419129 A JP H0419129A JP 2123647 A JP2123647 A JP 2123647A JP 12364790 A JP12364790 A JP 12364790A JP H0419129 A JPH0419129 A JP H0419129A
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truss
reinforced composite
continuous fiber
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矢野 勇
Kazuo Kawakami
和夫 川上
Hiroshi Hatta
博志 八田
Toshiyuki Sugano
俊行 菅野
Hikari Hasegawa
光 長谷川
Hiromi Seko
世古 博己
Toshio Inoue
登志夫 井上
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は宇宙トラス構造体等のトラス部材を接合するた
めの繊維強化複合材料製トラス継手およびその製造方法
に関するものである。
〔従来の技術〕
人工衛星や宇宙ステーションなどの宇宙構造体として、
炭素繊維強化プラスチック(以下、 CFRPという)
等の繊維強化プラスチック(以下、FRPという)製の
パイプからなるトラス部材をトラス継手で接合して組立
てたトラス構造体が使用されている。
第1011は従来のトラス継手を示す斜視図である。
図において、(1)はトラス継手で、複数の軸方向に放
射状に円筒状体(2)が突出する放射状体(3)のそれ
ぞれの円筒状体(2)の先端部にトラス部材挿入孔(4
)が形成され、全体がアルミニウム等の軽量金属により
形成されている。(5)はトラス部材で、CFRP等の
FRP製パイプからなり、複数の軸方向に配置され、ト
ラス部材挿入孔(4)に挿入されて接合され、トラス構
造物が組立てられるようになっている。
上記のトラス継手(1)においては、挿入孔(4)にト
ラス部材(5)を挿入して接着剤あるいはピン止めによ
り固定し、トラス構造物が形成される。この状態で、ト
ラス部材(5)に働く引張力および圧縮力はトラス継手
(1)により伝達される。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかるに、上記のような従来のトラス継手においては、
トラス部材(5)となるCFRPは比重が1.4〜1.
5と小さく、宇宙構造部材の適性としての比強度(比重
当りの強度)、比剛性が大きく、さらに負荷方向に繊維
を配向して軽量化がはかられているのに対し、トラス継
手(1)はアルミニウム製であるため、比重が2.7と
大きく、比強度、比剛性が低く、継手部の重量が大きく
なり、地上からの打上げ時に打上げ対象物の重量増につ
ながり、さらにアルミニウムの熱膨張係数がCFRPに
比較し大きく、温度変動に伴う内部応力が発生するなど
の問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、トラス部材と同等の比強度、比剛性をもたせ
て軽量化をはかり、熱膨張係数を小さくしてトラス部材
に近づけて、内部応力の発生を防止できる繊維強化複合
材料製トラス継手およびその製造方法を提供することを
目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は次の繊維強化複合材料製トラス継手およびその
製造方法である。
(1)軽量パイプからなるトラス部材の継手において、
複数の軸方向に配置される複数のトラス部材の端部に対
向するように、複数の軸方向に放射状に交差して組込ま
れた連続繊維強化複合材料製の複数の短尺ロッド、およ
びこの短尺ロッドの外周部に組込まれてその先端部にト
ラス部材挿入孔を形成する連続繊維強化複合材料製の複
数の長尺ロッドからなる放射状体と、前記トラス部材挿
入孔の内周部に挿入された繊維強化複合材料製のインナ
ーパイプと、このインナーパイプに対向して長尺ロッド
の外周部に形成された連続繊維強化複合材料製のアウタ
ーパイプと、前記短尺ロッドおよび長尺ロッドの間隙を
埋めて全体を一体化するマトリックス層とを備えた繊維
強化複合材料製トラス継手。
(2)連続繊維強化複合材料製の複数の短尺ロッドを複
数の軸方向に交差して組込み、この短尺ロッドの外周部
に連続繊維強化複合材料製の複数の長尺ロッドを組込ん
で先端部にトラス部材挿入孔を有する放射状体を形成す
る工程と、トラス部材挿入孔の内周部にインナーパイプ
を接合する工程と、このインナーパイプに対向して長尺
ロッドの外周部に連続繊維を巻付けるとともにマトリッ
クスを含浸硬化させてアウターパイプを形成する工程と
、形成されたプリフォーム体を成形型に挿入してマトリ
ックスを注入し、短尺ロッドおよび長尺ロッドの間隙に
マトリックス層を形成し、全体を一体化する工程とから
なる繊維強化複合材料製トラス継手の製造方法。
〔作 用〕
本発明の繊維強化複合材料製トラス継手は、連続繊維強
化複合材料製の複数の短尺ロッドを複数の軸方向に交差
して組込み、この短尺ロッドの外周部に連続繊維強化複
合材料製の複数の長尺ロッドを組込んで先端部にトラス
部材挿入孔を有する放射状体を形成し、トラス部材挿入
孔の内局部にインナーパイプを接合し、このインナーパ
イプに対向して長尺ロッドの外周部に連続繊維を巻付け
るとともにマトリックスを含浸硬化させてアウターパイ
プを形成し、形成されたプリフォーム体を成形型に挿入
してマトリックスを注入し、短尺ロッドおよび長尺ロッ
ドの間隙にマトリックス層を形成し、全体を一体化する
ことにより製造される。
こうして製造されたトラス継手においては、トラス部材
挿入孔にトラス部材を挿入して接着剤あるいはビン止め
により固定し、トラス構造物が形成される。この状態で
、トラス部材に働く引張力、圧縮力、応力、ねじり力等
はトラス継手により伝達される。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図について説明する。
第1図は実施例のトラス継手を示す斜視図、第2図はそ
の正面図、第3図はそのA−A断面図、第4図はロッド
の交差部を示す斜視図、第5図は放射状体を示す斜視図
、第6図はそのB−B断面図、第7図はアウターパイプ
形成工程を示す斜視図、第8図はそのC−C断面図、第
9図は成形型を示す断面図であり1図において、第1O
図と同一符号は同一または相当部分を示す。
トラス継手(1)は、複数の軸方向に放射状に円筒状体
(2)が突出する放射状体(3)のそれぞれの円筒状体
(2)の先端部に、トラス部材挿入孔(4)が形成され
ているのは従来のものと同様であるが、トラス継手(1
)の材質は従来とは異なり、繊維強化複合材料により形
成されている。
(11)は複数の軸方向に配置される複数のトラス部材
(5)の端部に対向するように、複数の軸方向に放射状
に交差して組込まれた連続繊維強化複合材料製の複数の
短尺ロッド、(12)はこの短尺ロッド(11)の外周
部に組込まれてその先端部にトラス部材挿入孔(4)を
形成する連続繊維強化複合材料製の複数の長尺ロッドで
あり、放射状体(3)はこれらの短尺ロッド(11)お
よび長尺ロッド(12)により形成されている。 (1
3)は長尺ロッド(12)によって形成されるトラス部
材挿入孔(4)の内周部に挿入された繊維強化複合材料
製のインナーパイプ、(14)はこのインナーパイプ(
13)に対向して長尺ロッド(12)の外周部に形成さ
れた連続繊維強化複合材料製のアウターパイプ、 (1
5)は前記短尺ロッド(11)および長尺ロッド(12
)の間隙を埋めて全体を一体化するマトリックス層であ
る。
短尺ロッド(11)および長尺ロッド(12)は、それ
ぞれ長手方向に炭素繊維等の連続繊維(16)が配向し
、樹脂等のマトリックス(17)がその間隙を埋めて、
ロッド状に形成されており、直径0.5〜1■のものが
使用できる。放射状体(3)はこのような短尺ロッド(
11)および長尺ロッド(12)が第4図に示すように
、複数の軸方向につき刺し状に交差して組込まれ、放射
状に形成されている。インナーパイプ(13)は炭素繊
維等の連続繊維(16)が軸方向に対しそれぞれ45°
の対向する傾斜で交差して配向し、樹脂等のマトリック
ス(17)がその間隙を埋めてパイプ状に形成されてお
り、接着剤等により放射状体(3)の各円筒状体(2)
の先端部内周に固着されている。アウターパイプ(14
)は、樹脂等のマトリックス(17)を含浸した炭素繊
維等の連続繊維(16)を軸方向に対して90°の方向
に配向するように巻付けて締付け、硬化させてパイプ状
に形成されている。マトリックス層(15)はロッド(
11)、(12)の間隙、ならびにロッド(11)、(
12)と他の部材との接触部等の間隙に充填され、全体
を一体化している。
上記のトラス継手(1)の製造方法は、連続繊維強化複
合材料製の複数の短尺ロッド(11)を、第4図に示す
ように、複数の軸方向に放射状に交差して組込み、その
外周部に連続繊維強化複合材料製の複数の長尺ロッド(
12)を組込んで、第5図および第6図に示すように、
その先端部にトラス部材挿入孔(4)を有する放射状体
(3)を形成する。
そして、第8図に示すように、トラス部材挿入孔(4)
の内周部に0.5〜1■程度の薄肉のインナーパイプ(
13)を接着剤等により仮固着し、このインナーパイプ
(13)に保持栓(21)を挿入して、マンドレル(2
2)をねじ付ける。
続いて第7図に示すように、マンドレル(22)を回転
させながら、樹脂等のマトリックス(17)を含浸させ
た炭素繊維等の連続繊維ロービング(23)を、キャリ
ッジアイ用アーム(24)に支持されたガイドロール(
25)を介して、アイ(26)から供給し、インナーパ
イプ(13)に対向して長尺ロッド(12)の外周部に
連続繊維ロービング(23)を巻付けて長尺ロッド(1
2)を締付け、樹脂等のマトリックス(17)を硬化さ
せてアウターパイプ(14)を形成する。
このようにして形成されたプリフォーム体(27)を、
第9図に示すように、保持栓(21)をつけた状態で、
2分割または4分割形の成形型(28)のキャビティ(
29)に挿入し、注入口(30)から注入ランナ(31
)を通して、真空脱泡した樹脂等のマトリックスをキャ
ビティ(29)に注入し、排出口(32)から排出ラン
ナ(33)を介して排気して、気泡の混入しないマトリ
ックス層(15)をロッド(11)、(12)の間隙、
ならびにロッド(11)、(12)とインナーパイプ(
13)等の他の部材との間隙に充填し、全体を固着して
一体化し、トラス継手(1)を完成する。
こうして製造されたトラス継手(1)は、トラス部材挿
入孔(4)にトラス部材(5)を挿入して接着剤あるい
はピン止めにより固定し、トラス構造物が形成される。
この状態で、トラス部材(5)に働く引張力、圧縮力、
応力、ねじり力等はトラス継手(1)により伝達される
このときトラス部材(5)からの引張力、圧縮力、応力
、ねじり力等は、トラス部材(5)と接着されたインナ
ーパイプ(13)を介して連続繊維強化複合材料製のロ
ッド(11)、(12)の軸方向に伝達され、負荷荷重
を受ける。アウターパイプ(14)は連続繊維強化複合
材料製の長尺ロッド(12)のパイプ外周を軸方向に直
角の方向に連続繊維ロービング(23)を巻付けて固着
されているので、長尺ロッド(12)をパイプ状に保持
し、補強する。
またプリフォーム体(27)を成形型(28)に挿入し
てマトリックスを注入し、ロッド(11)、(12)の
間隙およびロッド(11)、(12)と他の部材の間隙
の全体にマトリックス層(15)を形成し、全体を一体
化しているので、引張力および圧縮力のみでなく、応力
、ねじり力等も伝達可能であり、剛性の大きいトラス継
手(1)が得られる。
なお上記実施例では、連続繊維(16)として炭素繊維
を用いたが、ガラス繊維、アラミド繊維等の他の繊維で
もよい、またマトリックス(15)、(17)として樹
脂を使用したが、耐熱用として使用する場合は、アルミ
ニウム、マグネシウム等の金属であってもよく、上記実
施例と同様の効果を奏する。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、各軸の軸方向に連続
した一方向の連続繊維強化複合材料製の短尺および長尺
ロッドをパイプ状に配設し、トラス部材挿入孔の内部に
インナーパイプ、外部に軸と直角方向に連続繊維ロービ
ングを配設し、ロッドの間隙をマトリックス層で埋めて
一体化しているので、軽量で剛性その他の機械的強度が
大きく、軸方向の引張力、圧縮力のほか、応力やねじり
力も均一に伝達できるとともに、トラス部材と同じ材質
のため、熱膨張係数が同じになり、内部応力の発生を防
止できる安価なトラス継手が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例のトラス継手を示す斜視図、第2図はそ
の正面図、第3図はそのA−A断面図、第4図はロッド
の交差部を示す斜視図、第5図は放射状体を示す斜視図
、第6図はそのB−B断面図、第7図はアウターパイプ
形成工程を示す斜視図、第8図はそのC−C断面図、第
9図は成形型の断面図、第10図は従来のトラス継手を
示す斜視図である。 各図中、同一符号は同一または相当部分を示し。 (1)はトラス継手、(2)は円筒状体、(3)は放射
状体、(4)はトラス部材挿入孔、(5)はトラス部材
、(11)は短尺ロッド、(12)は長尺ロッド、(1
3)はインナーパイプ、(14)はアウターパイプ、(
15)はマトリックス層、 (16)は連続繊維、(1
7)はマトリックス、(22)はマンドレル、 (23
)は連続繊維ロービング、(27)はプリフォーム体、
(28)は成形型である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)軽量パイプからなるトラス部材の継手において、
    複数の軸方向に配置される複数のトラス部材の端部に対
    向するように、複数の軸方向に放射状に交差して組込ま
    れた連続繊維強化複合材料製の複数の短尺ロッド、およ
    びこの短尺ロッドの外周部に組込まれてその先端部にト
    ラス部材挿入孔を形成する連続繊維強化複合材料製の複
    数の長尺ロッドからなる放射状体と、前記トラス部材挿
    入孔の内周部に挿入された繊維強化複合材料製のインナ
    ーパイプと、このインナーパイプに対向して長尺ロッド
    の外周部に形成された連続繊維強化複合材料製のアウタ
    ーパイプと、前記短尺ロッドおよび長尺ロッドの間隙を
    埋めて全体を一体化するマトリックス層とを備えたこと
    を特徴とする繊維強化複合材料製トラス継手。
  2. (2)連続繊維強化複合材料製の複数の短尺ロッドを複
    数の軸方向に交差して組込み、この短尺ロッドの外周部
    に連続繊維強化複合材料製の複数の長尺ロッドを組込ん
    で先端部にトラス部材挿入孔を有する放射状体を形成す
    る工程と、トラス部材挿入孔の内周部にインナーパイプ
    を接合する工程と、このインナーパイプに対向して長尺
    ロッドの外周部に連続繊維を巻付けるとともにマトリッ
    クスを含浸硬化させてアウターパイプを形成する工程と
    、形成されたプリフォーム体を成形型に挿入してマトリ
    ックスを注入し、短尺ロッドおよび長尺ロッドの間隙に
    マトリックス層を形成し、全体を一体化する工程とから
    なることを特徴とする繊維強化複合材料製トラス継手の
    製造方法。
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