JPH0474638A - 繊維強化複合材料製トラス継手の製造方法 - Google Patents

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〕 本発明は宇宙トラ入構造体等のトラ入部材を接合するた
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
イプからなるトラ入部材をトラス継手で接合して組立て
たトラ入構造体が使用されている。

第１２図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）はトラ入部材で、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、
トラ入部材（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
材料製トラス継手を高品質で、しかも容易に製造できる
製造方法を提案することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の繊維強化複合材料製トラス継手の製造方法は、
連続繊維強化複合材料製の複数の短尺ロッドを複数の軸
方向に交差して組込んでコア体を形成する工程と、この
コア体に溶剤で希釈した樹脂を含浸および乾燥させる工
程と、得られたコア体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差込んで先端部に
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溶剤で希釈した樹脂中に浸漬させた
後引上げて乾燥させる工程とからなる方法である６ 〔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
して組込んでコア体を形成し、このコア体に溶剤で希釈
した樹脂を含浸させた後乾燥させ、得られたコア体の短
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
尺ロッドを差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周部にインナ
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溶剤で希釈した樹脂中に浸漬させ
た後引上げて乾燥させることにより製造される。

この製造に際してはコア体の短尺ロッドが樹脂により固
着された後に長尺ロッドを差込んで放射状体を形成する
ので、短尺ロッドの配向のズレや抜けを防止して長尺ロ
ッドを規則正しくコア体の外周部に配置でき、容易に高
品質のトラス継手が製造できる。

こうして製造されたトラス継手は、トラス部材挿入孔に
トラ入部材を挿入して接着剤あるいはピン止めにより固
定し、トラス構造体が形成される。

この状態で、トラス部材に働く引張力および圧縮力はト
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図はコア体を示す斜視図、
第６図はそのＢ−Ｂ断面図、第７図は放射状体を示す斜
視図、第８図はそのＣ−Ｃ断面図、第９図はアウターパ
イプ形成工程を示す斜視図、第１０図はそのＤ−Ｄ断面
図、第１１図は浸漬工程を示す断面図であり、図におい
て、第１２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）が突呂する放射状体（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。

（９）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（１１）からなるコア体。

（１０）は短尺ロット（１１）の交差接触部を固着する
樹脂層、（１２）はコア体（９）の短尺ロット（１１）
の外周部に差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）はこれらのコア体（９）お
よび長尺ロッド（１２）により形成されている。

（１３）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、（
Ｉ５）は前記コア体（９）および長尺ロッド（１２）の
交差接触部を固着する樹脂層である。

短尺ロット（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、
ロット状に形成されており、直径０．５〜１ｍｍのもの
が使用できる。コア体（９）および放射状体（３）はこ
のような短尺ロット（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（１
７）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。樹脂層（１ｏ
）、（１５）は希釈した樹脂に浸漬することにより、ロ
ット（１１）、（１２）の表面およびその交差接触部、
ならびにロッド（１１）、（１２）と他の部材との接触
部等の間隙の小さい部分に固着されている。

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ト（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、第５
図および第６図に示すようなコア体（９）を形成する。

このコア体（９）に溶剤で例えば１０〜２０重量％に希
釈された樹脂を含浸させた後乾燥（熱硬化性樹脂の場合
は加熱硬化）させる。各短尺ロット（１１）が樹脂層（
１０）で固着された後、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）を差込んで、第７図
および第８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１０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）に保持枠（２１）を挿入して、マンドレル（
２２）をねじ付ける。

続いて第９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ト（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１１図に示すように、槽（２８）内の溶剤で例えば１
０〜２０重量％に希釈した樹脂液（２９）中に浸漬した
後引上げて乾燥（加熱硬化）させることにより、樹脂層
（１５）を形成してロット（１１）、（１２）の交差接
触部、ならびにロット（１１）、（１２）とインナーパ
イプ（１３）等の他の部材とを固着し、トラス継手（１
）を完成する。

このようなトラス継手（１）の製造においては、コア体
（９）の短尺ロット（１１）が、その交差接触部におい
て樹脂層（１０）により固着された状体で、コア体（９
）に長尺ロッド（１２）を差込んで放射状体（３）を形
成するため、短尺ロッド（１１）の配向のズレや抜けを
防止して長尺ロッド（１２）を規則正しく外周部に配置
でき、高品質のトラス継手（１）を容易に製造できる。

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）にトラ入部材（５）を挿入して接着剤あるい
はピン止めにより固定し、トラス構造体が形成される。

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。

このときトラス部材（５）からの引張力、圧縮力は、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）、（１
２）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。

またコア体（９）およびプリフォーム体（２７）は十分
に溶剤で希釈した樹脂液（２９）に浸漬、含浸した後乾
燥されるので、樹脂層（１５）はプリフォーム体（２７
）の全体に付着するのではなく、ロッド（１１）、（１
２）同士の交差接触部に樹脂が付着し、軽量で剛性の大
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（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ロッドを交
差して組込んでコア体を形成し、このコア体を樹脂層に
より固着した後に短尺ロッドの外周部に長尺ロッドを複
数差込んでパイプ状に配設し、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、長尺ロッドとの交差接触部を樹脂層で
固着しているので、軽量で剛性が大きく、軸方向の引張
力、圧縮力が均一に軸方向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高品質でしかも安価なトラス継
手を容易に製造できる効果がある。

【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図はコア体を示す斜視図、
第６図はそのＢ−Ｂ断面図、第７図は放射状体を示す斜
視図、第８図はそのＣ−Ｃ断面図、第９図はアウターパ
イプ形成工程を示す斜視図、第１θ図はそのＤ−Ｄ断面
図、第１１図は浸漬工程を示す断面図、第１２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、（９
）はコア体、（１１）は短尺ロッド、　（１０）、（１
５）は樹脂層、（１２）は長尺ロッド、（１３）はイン
ナーパイプ、（１４）はアウターパイプ、（１６）は連
続繊維、（１７）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。 （２９）は樹脂液である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）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んでコア体を形成する工程と
   、このコア体に溶剤で希釈した樹脂を含浸および乾燥さ
   せる工程と、得られたコア体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差込んで先
   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溶剤で希釈した樹脂中に浸漬
   させた後引上げて乾燥させ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。