JPH10258471A - 積層型複合材構造体及びその製作方法 - Google Patents
積層型複合材構造体及びその製作方法Info
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- JPH10258471A JPH10258471A JP9066249A JP6624997A JPH10258471A JP H10258471 A JPH10258471 A JP H10258471A JP 9066249 A JP9066249 A JP 9066249A JP 6624997 A JP6624997 A JP 6624997A JP H10258471 A JPH10258471 A JP H10258471A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来のものに比べて層間強度の優れた低コス
トの積層型複合材構造体とその製作方法を実現する。 【解決手段】 複数枚のプリプレグシート６を積層して
所定の構造体形状を形成し、この積層されたプリプレグ
シート６に両端部に所定の変形形状が記憶された形状記
憶合金製の接合ピン１を刺し込んだ後、加熱してプリプ
レグシート６を硬化させるとともに接合ピン１の両端部
を所定の変形形状に変形させて積層型複合材構造体を製
作するものとする。
トの積層型複合材構造体とその製作方法を実現する。 【解決手段】 複数枚のプリプレグシート６を積層して
所定の構造体形状を形成し、この積層されたプリプレグ
シート６に両端部に所定の変形形状が記憶された形状記
憶合金製の接合ピン１を刺し込んだ後、加熱してプリプ
レグシート６を硬化させるとともに接合ピン１の両端部
を所定の変形形状に変形させて積層型複合材構造体を製
作するものとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、航空機や宇宙機器
等に適用される積層型複合材構造体及びその製作方法に
関する。
等に適用される積層型複合材構造体及びその製作方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の航空機や宇宙機器等において、そ
の構造部材としては、軽量化や耐久性に対する厳しい要
求から、近年、比強度や比剛性に優れた高分子系繊維強
化型複合材（以下、ＦＲＰとする：Fiber Reinforced P
lastic）が多用化されており、その中でも、面内方向に
ついて強度や剛性等に関し優れた材料特性を示す積層型
複合材が主流を占めるようになっている。
の構造部材としては、軽量化や耐久性に対する厳しい要
求から、近年、比強度や比剛性に優れた高分子系繊維強
化型複合材（以下、ＦＲＰとする：Fiber Reinforced P
lastic）が多用化されており、その中でも、面内方向に
ついて強度や剛性等に関し優れた材料特性を示す積層型
複合材が主流を占めるようになっている。
【０００３】これは、一方向に繊維を強化したシート状
の薄い素材（プリプレグシート）を、図４に示すように
繊維の強化方向を制御しながら半硬化状態の高分子樹脂
に何枚も積層した後、加熱硬化させて形成されたもので
ある。
の薄い素材（プリプレグシート）を、図４に示すように
繊維の強化方向を制御しながら半硬化状態の高分子樹脂
に何枚も積層した後、加熱硬化させて形成されたもので
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の積層型ＦＲＰ
は、前記のように、繊維で強化された面内方向について
優れた材料特性を示すものであった。
は、前記のように、繊維で強化された面内方向について
優れた材料特性を示すものであった。
【０００５】しかしながら、この積層型ＦＲＰは、積層
方向が樹脂のみにより接合されているため、この方向は
面内方向と比較して特に強度の面で大きく劣るという課
題があった。
方向が樹脂のみにより接合されているため、この方向は
面内方向と比較して特に強度の面で大きく劣るという課
題があった。
【０００６】したがって、その適用範囲が層間に大きな
荷重が生じない部位（薄肉構造部位や耐衝撃性に対する
要求の低い部位）に制限されることとなり、複雑な形状
のものを一体成形できることがＦＲＰ活用の利点の１つ
であるが、これを実施する上で制約を受けていた。
荷重が生じない部位（薄肉構造部位や耐衝撃性に対する
要求の低い部位）に制限されることとなり、複雑な形状
のものを一体成形できることがＦＲＰ活用の利点の１つ
であるが、これを実施する上で制約を受けていた。
【０００７】積層型ＦＲＰのこうした弱点を解決すべ
く、層間を繊維で縫い合わせたスティッチングや、繊維
を立体的に配向させた織物型のＦＲＰも製作されている
が、製作コストが増大すること、適用範囲が限定される
こと、設計自由度が小さくなること、製作面の技術的な
困難さを伴うこと等の課題があった。
く、層間を繊維で縫い合わせたスティッチングや、繊維
を立体的に配向させた織物型のＦＲＰも製作されている
が、製作コストが増大すること、適用範囲が限定される
こと、設計自由度が小さくなること、製作面の技術的な
困難さを伴うこと等の課題があった。
【０００８】本発明は、上記の従来の積層型ＦＲＰが持
つ課題を解決し、層間強度が優れ、低コストで製作する
ことができる積層型複合材構造体及びその製作方法を提
供しようとするものである。
つ課題を解決し、層間強度が優れ、低コストで製作する
ことができる積層型複合材構造体及びその製作方法を提
供しようとするものである。
【０００９】
（１）請求項１に記載の発明に係る積層型複合材構造体
は、積層された複数枚のシート状ＦＲＰ、および同複数
枚のシート状ＦＲＰにまたがって刺し込まれ加熱により
両端部が所定の形状に変形した形状記憶合金製の接合ピ
ンにより形成されたことを特徴としている。
は、積層された複数枚のシート状ＦＲＰ、および同複数
枚のシート状ＦＲＰにまたがって刺し込まれ加熱により
両端部が所定の形状に変形した形状記憶合金製の接合ピ
ンにより形成されたことを特徴としている。
【００１０】上記において、プリプレグシートを硬化さ
せてシート状ＦＲＰとするために加熱すると、同時に接
合ピンも加熱され、接合ピンはその両端部が積層された
プリプレグシートの強化繊維を巻き込みながら、予め記
憶した所定の変形形状に変形する。
せてシート状ＦＲＰとするために加熱すると、同時に接
合ピンも加熱され、接合ピンはその両端部が積層された
プリプレグシートの強化繊維を巻き込みながら、予め記
憶した所定の変形形状に変形する。
【００１１】上記接合ピンは、樹脂の硬化により温度降
下後も上記変形形状が保たれ、接合ピンは積層されたＦ
ＲＰの強化繊維を巻き込んだ状態でＦＲＰの内部に固定
されるため、ＦＲＰの層間強度の向上に寄与する。
下後も上記変形形状が保たれ、接合ピンは積層されたＦ
ＲＰの強化繊維を巻き込んだ状態でＦＲＰの内部に固定
されるため、ＦＲＰの層間強度の向上に寄与する。
【００１２】（２）請求項２に記載の発明に係る積層型
複合材構造体の製作方法は、複数枚のプリプレグシート
を積層して所定の構造体形状を形成し、予め加熱により
両端部に所定の変形形状が記憶された非可逆形状記憶合
金製の直線状の接合ピンを上記複数枚が積層されたプリ
プレグシートに刺し込んだ後、プリプレグシートと接合
ピンを加熱してプリプレグシートを硬化させるとともに
接合ピンの両端部を所定の変形形状に変形させ、構造体
を製作することを特徴としている。
複合材構造体の製作方法は、複数枚のプリプレグシート
を積層して所定の構造体形状を形成し、予め加熱により
両端部に所定の変形形状が記憶された非可逆形状記憶合
金製の直線状の接合ピンを上記複数枚が積層されたプリ
プレグシートに刺し込んだ後、プリプレグシートと接合
ピンを加熱してプリプレグシートを硬化させるとともに
接合ピンの両端部を所定の変形形状に変形させ、構造体
を製作することを特徴としている。
【００１３】上記のように、積層されたプリプレグシー
トに接合ピンを刺し込み、プリプレグシートとともに接
合ピンを加熱することにより、上記発明（１）に記載の
構造体を製作することができるため、本発明の製作方法
により層間強度の優れた積層型複合材構造体の製作が可
能となる。
トに接合ピンを刺し込み、プリプレグシートとともに接
合ピンを加熱することにより、上記発明（１）に記載の
構造体を製作することができるため、本発明の製作方法
により層間強度の優れた積層型複合材構造体の製作が可
能となる。
【００１４】（３）請求項３に記載の発明は、請求項１
及び２に記載の積層型複合材構造体及びその製作方法に
おいて、接合ピンが非可逆形状記憶合金製であることを
特徴としている。
及び２に記載の積層型複合材構造体及びその製作方法に
おいて、接合ピンが非可逆形状記憶合金製であることを
特徴としている。
【００１５】本発明においては、接合ピンを加熱するこ
とにより、その両端部を予め記憶させた所定の変形形状
とした後は、接合ピンは温度が降下しても元の形状に戻
ろうとしないため、ＦＲＰの層間を剥離させる働きを全
く行わず、上記発明（１），（２）の場合に比べて一層
の層間強度の向上が可能となる。
とにより、その両端部を予め記憶させた所定の変形形状
とした後は、接合ピンは温度が降下しても元の形状に戻
ろうとしないため、ＦＲＰの層間を剥離させる働きを全
く行わず、上記発明（１），（２）の場合に比べて一層
の層間強度の向上が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の実施の第１形態に係る積
層型複合材構造体について、図１（ａ），（ｂ）により
説明する。なお、本実施形態は、垂直負荷を受ける面外
直交ラグジョイント部に適用された場合である。
層型複合材構造体について、図１（ａ），（ｂ）により
説明する。なお、本実施形態は、垂直負荷を受ける面外
直交ラグジョイント部に適用された場合である。
【００１７】図１（ａ），（ｂ）に示す本実施形態に係
る構造体は、ベース板部４を形成するシート状ＦＲＰ
２、同シート状ＦＲＰ２に一部が積層され他部が上記ベ
ース板部４に直角のリブ部５を形成するシート状ＦＲＰ
３、および上記ベース板部４とリブ部５の結合部のシー
ト状ＦＲＰ２，３に刺し込まれ加熱によりフック状に変
形した形状記憶合金製の接合ピン１を備えている。
る構造体は、ベース板部４を形成するシート状ＦＲＰ
２、同シート状ＦＲＰ２に一部が積層され他部が上記ベ
ース板部４に直角のリブ部５を形成するシート状ＦＲＰ
３、および上記ベース板部４とリブ部５の結合部のシー
ト状ＦＲＰ２，３に刺し込まれ加熱によりフック状に変
形した形状記憶合金製の接合ピン１を備えている。
【００１８】なお、上記シート状ＦＲＰ２，３は、半硬
化状態の高分子樹脂に繊維を一方向に配向した素材であ
るプリプレグシートを加熱することにより硬化させたも
のである。
化状態の高分子樹脂に繊維を一方向に配向した素材であ
るプリプレグシートを加熱することにより硬化させたも
のである。
【００１９】また、上記接合ピン１に用いる形状記憶合
金としては、例えばＮｉ−Ｔｉ合金やＣｎ−Ｚｎ−Ａｌ
合金等があり、Ｎｉ−Ｔｉ合金の場合、図１（ｂ）中に
実線で示すように接合ピン１の両端部をフック状として
約５００℃に保持することによりこの形状を記憶させる
ことができる。
金としては、例えばＮｉ−Ｔｉ合金やＣｎ−Ｚｎ−Ａｌ
合金等があり、Ｎｉ−Ｔｉ合金の場合、図１（ｂ）中に
実線で示すように接合ピン１の両端部をフック状として
約５００℃に保持することによりこの形状を記憶させる
ことができる。
【００２０】この接合ピン１は、構造体への配設前の常
温時には、図１（ｂ）中に破線で示すように直線状に伸
ばしておくものであり、これをプリプレグシート６に刺
し込んだ後、予め記憶させた形状に変形させるための加
熱温度は適宜調節できるものである。
温時には、図１（ｂ）中に破線で示すように直線状に伸
ばしておくものであり、これをプリプレグシート６に刺
し込んだ後、予め記憶させた形状に変形させるための加
熱温度は適宜調節できるものである。
【００２１】次に、本実施形態に係る積層型複合材構造
体の製作方法について、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に
より説明する。本製作方法においては、まず、形状記憶
合金製の接合ピン１の両端部をフック状に変形させて加
熱し、この形状を接合ピン１に記憶させ、常温として直
線状に伸ばす。
体の製作方法について、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に
より説明する。本製作方法においては、まず、形状記憶
合金製の接合ピン１の両端部をフック状に変形させて加
熱し、この形状を接合ピン１に記憶させ、常温として直
線状に伸ばす。
【００２２】次に、プリプレグシート６を積層して図１
（ａ）に示す構造体を形成した後、ベース板部４とリブ
部５の結合部の積層されたプリプレグシート６に上記直
線状の接合ピン１を刺し込む。
（ａ）に示す構造体を形成した後、ベース板部４とリブ
部５の結合部の積層されたプリプレグシート６に上記直
線状の接合ピン１を刺し込む。
【００２３】この状態で上記プリプレグシート６と接合
ピン１を加熱することにより、プリプレグシート６を硬
化させ、また、接合ピン１をフック状に変形させ、図１
（ａ）に示す構造体の製作を完了する。なお、上記構造
体の加熱は、高温硬化型エポキシ樹脂の場合、１７７℃
まで加熱する。
ピン１を加熱することにより、プリプレグシート６を硬
化させ、また、接合ピン１をフック状に変形させ、図１
（ａ）に示す構造体の製作を完了する。なお、上記構造
体の加熱は、高温硬化型エポキシ樹脂の場合、１７７℃
まで加熱する。
【００２４】上記において、プリプレグシート６に刺し
込まれた接合ピン１は、加熱によりあらかじめ記憶した
フック形状に先端部が変形するが、このとき、端部近傍
に存在する積層されたプリプレグシート６の強化繊維７
を巻き込むことができる。両端部が強化繊維７を巻き込
んだ接合ピン１は、樹脂の硬化により構造体の温度硬化
後も接合ピン１のフック形状は保たれ、ＦＲＰの内部で
固定される。
込まれた接合ピン１は、加熱によりあらかじめ記憶した
フック形状に先端部が変形するが、このとき、端部近傍
に存在する積層されたプリプレグシート６の強化繊維７
を巻き込むことができる。両端部が強化繊維７を巻き込
んだ接合ピン１は、樹脂の硬化により構造体の温度硬化
後も接合ピン１のフック形状は保たれ、ＦＲＰの内部で
固定される。
【００２５】そのため、積層されたシート状ＦＲＰの強
化繊維７どうしが接合ピン１を介して連結され、荷重の
伝達が可能となり、従来は剥離を生じやすかった部位の
層間強度の向上が可能となった。
化繊維７どうしが接合ピン１を介して連結され、荷重の
伝達が可能となり、従来は剥離を生じやすかった部位の
層間強度の向上が可能となった。
【００２６】なお、上記接合ピン１の断面形状は、変形
時における摩擦の少ない円形が適切であり、両端部はプ
リプレグシート６に刺し込み易いように針先状とするの
がよい。
時における摩擦の少ない円形が適切であり、両端部はプ
リプレグシート６に刺し込み易いように針先状とするの
がよい。
【００２７】また、本実施形態における層間強度の向上
度合については、接合ピン１の材質、寸法、および本数
に依存するが、例えばＮｉ−Ｔｉ合金を用いた場合、引
張強度は９６Kgf/mm2 あるため、この値に接合ピン１の
断面積と本数を乗じた分の層間強度の向上が期待でき
る。
度合については、接合ピン１の材質、寸法、および本数
に依存するが、例えばＮｉ−Ｔｉ合金を用いた場合、引
張強度は９６Kgf/mm2 あるため、この値に接合ピン１の
断面積と本数を乗じた分の層間強度の向上が期待でき
る。
【００２８】次に、本発明の実施の第２形態に係る積層
型複合材構造体について、図２により説明する。なお、
本実施形態は、せん断負荷を受ける面外斜向ラグジョイ
ント部に適用した場合である。
型複合材構造体について、図２により説明する。なお、
本実施形態は、せん断負荷を受ける面外斜向ラグジョイ
ント部に適用した場合である。
【００２９】図２に示す本実施形態は、面外にかかるせ
ん断荷重の方向に合わせて接合ピン１を斜向させて配置
するものとし、第１実施形態の場合と同様に、従来の構
造体の場合、負荷によりリブ部５とベース板部４の結合
部近傍で層間が剥離するために、高強度が期待できなか
った部位について、層間強度の向上を可能としたもので
ある。
ん断荷重の方向に合わせて接合ピン１を斜向させて配置
するものとし、第１実施形態の場合と同様に、従来の構
造体の場合、負荷によりリブ部５とベース板部４の結合
部近傍で層間が剥離するために、高強度が期待できなか
った部位について、層間強度の向上を可能としたもので
ある。
【００３０】なお、上記第１，第２実施形態において
は、両端部が同方向に曲がる接合ピンを用いているが、
先端部の曲がる方向は、強化繊維の積層パターンに合わ
せて、図３に示した種々のタイプから最も効果的なもの
を選択することができる。
は、両端部が同方向に曲がる接合ピンを用いているが、
先端部の曲がる方向は、強化繊維の積層パターンに合わ
せて、図３に示した種々のタイプから最も効果的なもの
を選択することができる。
【００３１】また、上記第１，第２実施形態において
は、形状記憶合金製の接合ピンを用いているが、これを
非可逆形状記憶合金製とすることもでき、この場合に
は、プリプレグシートを硬化させるための加熱後の温度
降下時に、接合ピンは元の状態に戻ろうとする働きを全
く行わないため、ＦＲＰの層間強度を一層高めることが
できる。
は、形状記憶合金製の接合ピンを用いているが、これを
非可逆形状記憶合金製とすることもでき、この場合に
は、プリプレグシートを硬化させるための加熱後の温度
降下時に、接合ピンは元の状態に戻ろうとする働きを全
く行わないため、ＦＲＰの層間強度を一層高めることが
できる。
【００３２】
【発明の効果】本発明の積層型複合材構造体及びその製
作方法においては、複数枚のプリプレグシートを積層し
て所定の構造体形状を形成し、この積層されたプリプレ
グシートに両端部に所定の変形形状が記憶された形状記
憶合金製の接合ピンを刺し込んだ後、加熱してプリプレ
グシートを硬化させるとともに接合ピンの両端部を所定
の変形形状に変形させて構造体を製作するものとしたこ
とによって、接合ピンの両端部は加熱による変形時に積
層されたプリプレグシートの強化繊維を巻き込み、温度
降下時には変形形状を維持しながら複合材内に固定され
るため、接合ピンがＦＲＰの層間強度の向上に寄与し、
従来の構造体に比べて低コストで層間強度の向上を図る
ことが可能となる。
作方法においては、複数枚のプリプレグシートを積層し
て所定の構造体形状を形成し、この積層されたプリプレ
グシートに両端部に所定の変形形状が記憶された形状記
憶合金製の接合ピンを刺し込んだ後、加熱してプリプレ
グシートを硬化させるとともに接合ピンの両端部を所定
の変形形状に変形させて構造体を製作するものとしたこ
とによって、接合ピンの両端部は加熱による変形時に積
層されたプリプレグシートの強化繊維を巻き込み、温度
降下時には変形形状を維持しながら複合材内に固定され
るため、接合ピンがＦＲＰの層間強度の向上に寄与し、
従来の構造体に比べて低コストで層間強度の向上を図る
ことが可能となる。
【図１】本発明の実施の第１形態の説明図で、（ａ）は
積層型複合材構造体の斜視図、（ｂ）は接合ピンの側面
図、（ｃ）は製作手順の説明図である。
積層型複合材構造体の斜視図、（ｂ）は接合ピンの側面
図、（ｃ）は製作手順の説明図である。
【図２】本発明の実施の第２形態の説明図である。
【図３】本発明の実施の第１，第２形態に係る接合ピン
の説明図で、（ａ）は同方向単フック、（ｂ）は異方向
単フック、（ｃ）は２重フック、（ｄ）は多重フックの
説明図である。
の説明図で、（ａ）は同方向単フック、（ｂ）は異方向
単フック、（ｃ）は２重フック、（ｄ）は多重フックの
説明図である。
【図４】従来の積層型複合材構造体の説明図である。
１ 接合ピン ２，３ シート状ＦＲＰ ４ ベース板部 ５ リブ部 ６ プリプレグシート ７ 強化繊維
Claims (3)
- 【請求項１】 積層された複数枚のシート状繊維強化プ
ラスチック、および同複数枚のシート状繊維強化プラス
チックにまたがって刺し込まれ加熱により両端部が所定
の形状に変形した形状記憶合金製の接合ピンにより形成
されたことを特徴とする積層型複合材構造体。 - 【請求項２】 複数枚のプリプレグシートを積層して所
定の構造体形状を形成し、予め加熱により両端部に所定
の変形形状が記憶された形状記憶合金製の直線状の接合
ピンを上記複数枚が積層されたプリプレグシートに刺し
込んだ後、プリプレグシートと接合ピンを加熱してプリ
プレグシートを硬化させるとともに接合ピンの両端部を
所定の変形形状に変形させ、構造体を製作することを特
徴とする積層型複合材構造体の製作方法。 - 【請求項３】 請求項１及び２に記載の積層型複合材構
造体及びその製作方法において、接合ピンが非可逆形状
記憶合金製であることを特徴とする積層型複合材構造体
及びその製作方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9066249A JPH10258471A (ja) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | 積層型複合材構造体及びその製作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9066249A JPH10258471A (ja) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | 積層型複合材構造体及びその製作方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10258471A true JPH10258471A (ja) | 1998-09-29 |
Family
ID=13310413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9066249A Withdrawn JPH10258471A (ja) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | 積層型複合材構造体及びその製作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10258471A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7846540B2 (en) | 2004-08-03 | 2010-12-07 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Impact-absorbing composite structure |
| US9657762B2 (en) | 2015-03-12 | 2017-05-23 | Northrop Grumman Systems Corporation | Thermally activated, shape configurable mechanical locking Z-pin |
| US9925738B2 (en) * | 2012-11-20 | 2018-03-27 | Compagnie Plastic Omnium | Assembly of a metal insert and a sheet of composite material, method for incorporating such an insert into such a sheet and part obtained by molding such a sheet |
| US10457017B2 (en) | 2014-12-08 | 2019-10-29 | The Boeing Company | Method of forming a layered composite assembly |
| CN111549421A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-08-18 | 吉林大学 | 一种仿生钩连结构三维编织预浸件 |
| CN111745997A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-10-09 | 武汉大学 | 一种融合于复合材料自动铺放装置的Z-pin植入装置及植入方法 |
-
1997
- 1997-03-19 JP JP9066249A patent/JPH10258471A/ja not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111549421B (zh) * | 2020-04-08 | 2021-03-23 | 吉林大学 | 一种仿生钩连结构三维编织预浸件 |
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