JPH0698704B2 - Method for manufacturing CFRP joint - Google Patents

Method for manufacturing CFRP joint

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JPH0698704B2
JPH0698704B2 JP62163286A JP16328687A JPH0698704B2 JP H0698704 B2 JPH0698704 B2 JP H0698704B2 JP 62163286 A JP62163286 A JP 62163286A JP 16328687 A JP16328687 A JP 16328687A JP H0698704 B2 JPH0698704 B2 JP H0698704B2
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JP
Japan
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joint
primary molded
intermediate assembly
shape
mandrel
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建夫 細村
文春 並木
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Nissan Motor Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、骨組構造物の一次構造部材同士の結合部に用
いられるCFRP製ジョイントの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a CFRP joint used for a joint between primary structural members of a frame structure.

従来の技術 CFRP(炭素繊維強化プラスチック)はその比強度,比剛
性等の力学的特性が高く、また熱的寸法安定性について
も優れているために、宇宙航空の分野では有望な材料と
して期待されている。そして、とりわけ宇宙空間で使用
される骨組構造物(トラスあるいはラーメン形式)の一
次構造部材ばかりでなく、その一次構造物同士の結合部
に用いられるジョイントについてもそのCFRP化が試みら
れている。
Conventional technology CFRP (carbon fiber reinforced plastic) is expected to be a promising material in the field of aerospace because it has high mechanical properties such as specific strength and specific rigidity, and also has excellent thermal dimensional stability. ing. In addition, not only primary structural members for frame structures (truss or rigid frame type) used in outer space but also joints used for connecting the primary structures have been tried to be CFRP.

この場合、一次構造部材についてはパイプ状あるいは平
板状といった単純な形状であるのに対し、ジョイントに
ついては複数の部材と結合されることになることから形
状が極めて複雑なものとならざるを得ない。そのため、
上記のようなジョイントの成形にあたっては、所定の樹
脂に炭素繊維のチョップドストランドを含有させたモー
ルド成形法や、炭素繊維クロスを積層する積層成形法が
提案されている(例えば、32nd International SAMPE S
ymposium論文集April6−9,1987 P.772〜P.781)。
In this case, the primary structural member has a simple shape such as a pipe shape or a flat plate shape, whereas the joint has to be combined with a plurality of members, so the shape must be extremely complicated. . for that reason,
In molding the joint as described above, a molding method in which a chopped strand of carbon fiber is contained in a predetermined resin and a lamination molding method in which carbon fiber cloth is laminated are proposed (for example, 32nd International SAMPE S
ymposium papers April 6-9, 1987 P.772 to P.781).

発明が解決しようとする問題点 上記のような炭素繊維のチョップドストランドを用いた
モールド成形法は、製造性がよい反面、繊維が連続して
いないために繊維本来の強度,弾性が十分に生かせず、
成形品としての力学的特性が低いほか、成形品形状等に
応じて任意の比強度および比剛性を達成することが困難
である。
Problems to be Solved by the Invention The molding method using the chopped strands of carbon fiber as described above has good manufacturability, but since the fibers are not continuous, the original strength and elasticity of the fibers cannot be fully utilized. ,
In addition to low mechanical properties as a molded product, it is difficult to achieve arbitrary specific strength and specific rigidity depending on the shape of the molded product.

また、積層成形法においては、製品形状が複雑になれば
なるほど荷重負荷方向と繊維の方向とを適応させること
が困難で、部分的には例えば引張荷重に対してクロスの
接着強度のみで耐荷せざるを得なくなる。その結果とし
て上記と同様に繊維本来の強度を十分に生かすことがで
きずに製品として十分な強度が得られない。
In addition, in the lamination molding method, the more complicated the product shape, the more difficult it is to adapt the load-loading direction and the fiber direction. I have no choice. As a result, similar to the above, the original strength of the fiber cannot be fully utilized and a sufficient strength cannot be obtained as a product.

本発明は、繊維本来の強度を生かして、力学的特性に優
れた成形品が得られる製造方法を提供するものである。
The present invention provides a method for producing a molded article having excellent mechanical properties by utilizing the original strength of the fiber.

問題点を解決するための手段 本発明は、骨組構造物の結合部に用いられる多面角筒状
のCFRP製ジョイントを製造するにあたり、先ずフィラメ
ントワインディング法により予め成形された角筒状のCF
RP製母材を裁断してアングル状の一次成形品を製作す
る。この場合、母材における繊維の方向は、ジョイント
として構成された時点で必要とされる強度および剛性等
に応じて任意に設定される。
Means for Solving the Problems The present invention is to manufacture a polyhedral polygonal CFRP joint used for a joint portion of a frame structure. First, a rectangular tubular CF preformed by a filament winding method is used.
The RP base material is cut to produce an angle-shaped primary molded product. In this case, the direction of the fibers in the base material is arbitrarily set according to the strength and rigidity required at the time of being configured as a joint.

次に、上記のように形成された複数のアングル状の一次
成形品を、ジョイント形状と相似形をなすマンドレルの
外周に組み付けて、これら一次成形品のみによってジョ
イントの概略形状となる中間組立体を構成する。ここ
で、中間組立体の要素として複数のアングル状の一次成
形品を用いているのは、最終製品である多面角筒状のジ
ョイントを展開した場合に、複数のアングル状ブロック
の組み合わせに展開できるためである。
Next, the plurality of angle-shaped primary molded products formed as described above are assembled to the outer periphery of the mandrel having a similar shape to the joint shape, and an intermediate assembly having a schematic shape of the joint is formed only by these primary molded products. Constitute. Here, a plurality of angle-shaped primary molded products are used as elements of the intermediate assembly, and when the final product, a polygonal prismatic joint, is developed, it can be developed into a combination of a plurality of angle-shaped blocks. This is because.

続いて、上記の中間組立体の外周にフィラメントワイン
ディング法により炭素繊維を所定厚みだけ巻き付けて二
次成形層を形成し、これによってジョイント形状に成形
する。そして、成形品からマンドレルを抜き取ることで
最終製品であるジョイントが得られる。
Then, carbon fiber is wound around the outer periphery of the above-mentioned intermediate assembly by a predetermined thickness by a filament winding method to form a secondary molding layer, and thereby a secondary molding layer is molded. Then, by removing the mandrel from the molded product, a joint which is a final product is obtained.

実施例 第1図および第2図は本発明方法によって成形されたCF
RP製ジョイントの一例を示している。このジョイント1
は同図から明らかなように6個の角筒部2をもつ多面四
角筒形状をなしていることから、これを展開した場合を
想定すると(ただし、ここでは便宜上、二次成形層4は
ないものと仮定する)、ジョイント1は12個のアングル
状のブロックすなわち一次成形品3(第6図参照)を組
み合わせたものと理解することができる。そこで、本実
施例では上記の一次成形品3を基本要素としてジョイン
ト1を構成するものである。
Examples FIGS. 1 and 2 show CF molded by the method of the present invention.
An example of an RP joint is shown. This joint 1
As is clear from the figure, since it has a polygonal square tube shape having six square tube portions 2, it is assumed that it is developed (however, here, for the sake of convenience, there is no secondary molding layer 4). It can be understood that the joint 1 is a combination of twelve angle-shaped blocks or primary moldings 3 (see FIG. 6). Therefore, in this embodiment, the joint 1 is constructed by using the above-mentioned primary molded product 3 as a basic element.

先ず、第3図および第4図に示すように、矩形中空断面
構造の母材5を炭素繊維を主体としたフィラメントワイ
ンディング法により成形し、この母材5をカットライン
C1,C2から切断することで複数のアングル状の一次成形
品3を得る。母材5は周知のように、所定のマンドレル
の外周に樹脂を含浸させてなる炭素繊維を巻き付けるこ
とで成形されるものであるが、繊維の方向としては例え
ば第5図(A)に符号aで示すように一次成形品3の長
手方向に沿わせたり、あるいは同図(B)に符号bで示
すようにいわゆるアングルプライ状にすることもでき
る。この繊維の方向については、ジョイント1として構
成された時点で必要とされる強度,剛性等に応じて任意
に設定される。
First, as shown in FIGS. 3 and 4, a base material 5 having a rectangular hollow cross-section structure is formed by a filament winding method mainly composed of carbon fiber, and the base material 5 is cut line.
A plurality of angle-shaped primary molded products 3 are obtained by cutting from C 1 and C 2 . As is well known, the base material 5 is formed by winding carbon fibers impregnated with resin around the outer periphery of a predetermined mandrel, and the direction of the fiber is, for example, symbol a in FIG. 5 (A). Alternatively, the primary molded product 3 may be formed along the longitudinal direction thereof, or may be formed in a so-called angle ply shape as shown by a symbol b in FIG. The direction of this fiber is arbitrarily set according to the strength, rigidity, etc. required when the joint 1 is constructed.

次に、第6図に示すようにジョイント1と相似形をなす
マンドレル6の外周に合計12個(ただし、第6図では4
個のみ図示)の一次成形品3を組み付けて仮止めし、こ
れら複数の一次成形品3のみによってジョイント1と相
似形をなす中間組立体13を構成する。ここで使用される
マンドレル6としては成形完了後に成形品から抜き取る
必要があることから、例えば第7図に示すように分解式
のものを用いる。
Next, as shown in FIG. 6, a total of 12 pieces (however, in FIG.
The primary moldings 3 (only one of which is shown) are assembled and temporarily fixed, and only the plurality of primary moldings 3 constitute an intermediate assembly 13 having a similar shape to the joint 1. As the mandrel 6 used here, it is necessary to pull it out of the molded product after the completion of molding, and therefore, for example, a disassembled type is used as shown in FIG.

すなわち、中心となるコアブロック8に対してその外周
の四面にサイドブロック9をボルト10にてそれぞれに固
定する一方、各サイドブロック9にはボルト孔11とは別
にプーラボルト孔12を予め形成しておく。そして、マン
ドレル6の抜き取りにあたっては、各ボルト10を外した
のちプーラボルト孔12に図示外のプーラボルトをねじ込
むことでサイドブロック9がコアブロック8から徐々に
離れて抜き取られる。こうして4個のサイドブロック9
が抜き取られることにより、最後にコアブロック8の抜
き取りが可能となる。
That is, while the side blocks 9 are fixed to the core block 8 serving as the center on the four outer peripheral surfaces with bolts 10, the puller bolt holes 12 are formed in advance in each side block 9 separately from the bolt holes 11. deep. In removing the mandrel 6, the bolts 10 are removed, and then a puller bolt (not shown) is screwed into the puller bolt hole 12 so that the side block 9 is gradually removed from the core block 8. Thus 4 side blocks 9
Finally, the core block 8 can be removed by removing.

続いて、第6図のように構成された中間組立体13の外周
にフィラメントワインディング法により炭素繊維を巻き
付けて第1図および第2図に示すように所定厚みの二次
成形層4を成形して製品形状を得る。この場合、6個の
角筒部2のそれぞれについてその構成要素である一次成
形品3を巻き締めるべく、第2図に矢印eで示すように
炭素繊維を巻き付けて二次成形層4を形成する。
Then, carbon fibers are wound around the outer periphery of the intermediate assembly 13 configured as shown in FIG. 6 by the filament winding method to form the secondary molding layer 4 having a predetermined thickness as shown in FIGS. 1 and 2. To get the product shape. In this case, in order to wind up the primary molded article 3 which is a constituent element of each of the six square tube portions 2, the carbon fiber is wound as shown by an arrow e in FIG. 2 to form the secondary molded layer 4. .

こののち、二次成形層4の硬化を待って上記の要領でマ
ンドレル6を分解して抜き取る一方、仕上加工を施すこ
とにより最終製品である第1図のジョイント1を得る。
Then, after waiting for the secondary molding layer 4 to harden, the mandrel 6 is disassembled and withdrawn in the same manner as described above, while finishing processing is performed to obtain the joint 1 of FIG. 1 which is the final product.

第8図は本発明方法によって成形されるジョイントの他
の例を示したもので、第1図のジョイント1が6個の角
筒部2を備えているのに対し第8図のジョイント21では
5個の角筒部22を備えており、本実施例の場合には上記
と同様な製法のもとで合計9個の一次成形品23を基礎と
して成形されることになる。
FIG. 8 shows another example of the joint formed by the method of the present invention. In contrast to the joint 1 shown in FIG. 1 having six square tube portions 2, the joint 21 shown in FIG. It is provided with five square tube portions 22, and in the case of this embodiment, a total of nine primary molded products 23 are formed as a base under the same manufacturing method as described above.

そして、第1図および第8図のいずれのジョイント1,21
についても、例えば第9図に示すように骨組構造物の一
次構造部材14と接着あるいはボルト15等の手段により結
合されることになる。
Then, the joints 1,21 shown in FIG. 1 and FIG.
Also in this case, for example, as shown in FIG. 9, it is connected to the primary structural member 14 of the frame structure by means of adhesion or bolts 15 or the like.

発明の効果 以上のように本発明の製造方法においては、複数のアン
グル状の一次成形品を組み合わせて中間組立体とし、そ
の外周にフィラメントワインディング法により炭素繊維
を巻き付けて成形するようにしたものであるから、従来
のモールド成形法や積層成形法と比べて、荷重方向に対
して繊維の方向を任意に適合させることができ、繊維の
強度を十二分に生かして力学的特性の優れたジョイント
を得ることができる。
As described above, in the manufacturing method of the present invention, a plurality of angle-shaped primary molded products are combined to form an intermediate assembly, and carbon fibers are wound around the outer periphery by the filament winding method to form the intermediate assembly. Therefore, compared to the conventional molding method and lamination molding method, the direction of the fiber can be arbitrarily adapted to the load direction, and the strength of the fiber is fully utilized to make a joint with excellent mechanical properties. Can be obtained.

また、本発明においては一貫してフィラメントワインデ
ィング法を基本としているので、加工時間の短縮とコス
トの低減が図れるほか、繊維に張力がかかった状態でキ
ュアしているので、強度が高くしかも品質の安定した製
品が得られる。
Further, in the present invention, since the filament winding method is consistently used as a basis, it is possible to reduce the processing time and cost, and since the fiber is cured in a tensioned state, it has high strength and high quality. A stable product is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明方法によって成形されたジョイントの一
例を示す斜視図、第2図は第1図のP方向矢視図、第3
図は本発明方法に使用される母材の斜視図、第4図は第
3図の断面図、第5図(A)および(B)は一次成形品
の繊維方向を説明するための斜視図、第6図は中間組立
体を構成する際のマンドレルと一次成形品との関係を示
す斜視図、第7図は第6図のマンドレルの要部断面説明
図、第8図は本発明方法によって成形されるジョイント
の他の例を示す斜視図、第9図は第1図および第8図に
示すジョイントの使用形態を示す要部斜視図である。 1,21……ジョイント、2,22……角筒部、3,23……一次成
形品、4……二次成形層、5……母材、6……マンドレ
ル、13……中間組立体。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a joint formed by the method of the present invention, FIG. 2 is a view in the P direction of FIG. 1, and FIG.
FIG. 4 is a perspective view of a base material used in the method of the present invention, FIG. 4 is a cross-sectional view of FIG. 3, and FIGS. 5 (A) and 5 (B) are perspective views for explaining the fiber direction of the primary molded product. FIG. 6 is a perspective view showing a relationship between a mandrel and a primary molded product when forming an intermediate assembly, FIG. 7 is a cross-sectional explanatory view of a main part of the mandrel of FIG. 6, and FIG. FIG. 9 is a perspective view showing another example of the joint to be molded, and FIG. 9 is a perspective view of an essential part showing a usage form of the joint shown in FIGS. 1 and 8. 1,21 ...... Joint, 2,22 …… Square tube part, 3,23 …… Primary molded product, 4 …… Secondary molding layer, 5 …… Base material, 6 …… Mandrel, 13 …… Intermediate assembly .

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】骨組構造物の結合部に用いられる多面角筒
状のCFRP製ジョイントを製造する方法において、フィラ
メントワインディング法により予め成形された角筒状の
CFRP製母材を裁断してアングル状の一次成形品を製作す
る工程と、ジョイント形状と相似形をなすマンドレルの
外周に複数の一次成形品を組み付けて中間組立体を構成
する工程と、中間組立体の外周にフィラメントワインデ
ィング法により炭素繊維を巻き付けることで二次成形層
を形成してジョイント形状に成形する工程とを含むこと
を特徴とするCFRP製ジョイントの製造方法。
1. A method for manufacturing a polyhedral polygonal CFRP joint for use in a joint portion of a frame structure, comprising a polygonal tubular tube preformed by a filament winding method.
The process of cutting the CFRP base material to make an angle-shaped primary molded product, the process of assembling multiple primary molded products on the outer periphery of the mandrel that is similar to the joint shape to form an intermediate assembly, and the intermediate assembly And a step of forming a secondary molding layer by winding a carbon fiber around the outer periphery of the solid body by a filament winding method to mold it into a joint shape.
JP62163286A 1987-06-30 1987-06-30 Method for manufacturing CFRP joint Expired - Lifetime JPH0698704B2 (en)

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JPS648023A JPS648023A (en) 1989-01-12
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