WO2015119023A1 - 複合材構造 - Google Patents

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WO2015119023A1
WO2015119023A1 PCT/JP2015/052407 JP2015052407W WO2015119023A1 WO 2015119023 A1 WO2015119023 A1 WO 2015119023A1 JP 2015052407 W JP2015052407 W JP 2015052407W WO 2015119023 A1 WO2015119023 A1 WO 2015119023A1
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corrugated core
base
face plate
composite structure
opening
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阿部　俊夫
清嘉 ▲高▼木
小山　貴之
雄哉 吉野
和昭 岸本
斎藤　浩一
隆司 石田
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a composite material structure.
  • Composite structures which are structures formed from composite materials made by combining fibers (for example, carbon fibers and glass fibers) and resins (for example, epoxy resins and phenol resins), are used in various industrial products including aircraft. Has been applied.
  • the composite material structure is lightweight and highly rigid, and further has the advantage that the number of parts and the number of assembly steps can be reduced by integral molding. In recent years, the range of application has been expanded.
  • Patent Document 1 US Pat. No. 6,702,911.
  • the inventors have studied that the structure disclosed in Patent Document 1 does not sufficiently take advantage of the composite material structure of reducing the number of parts and the number of assembly steps.
  • Patent Document 2 discloses a first layer, a plurality of tubular members arranged side by side on the first layer, and the plurality of the plurality of tubular members.
  • a composite structural truss element is disclosed, comprising a second layer disposed on a tubular member, which are integrally formed as a unitary structure.
  • Patent Document 3 discloses a composite structure having two skin layers and a plurality of tubular members (hat ⁇ sections) having a substantially rectangular cross section sandwiched between the skin layers. The body is disclosed.
  • Patent Document 4 discloses a composite material frame having a plurality of truss elements and a cap.
  • the truss elements are flexibly coupled to each other and to the cap.
  • the frame bends along the desired surface to be bonded and provides the necessary rigidity once bonded to the surface.
  • an object of the present invention is to provide a composite material structure having a sufficient rigidity and a reduced number of parts.
  • the composite structure includes a first face plate and a corrugated core joined to the first face plate.
  • the corrugated core has at least one opening.
  • the composite structure further includes a second face plate facing the first face plate, and the corrugated core is joined between the first face plate and the second face plate.
  • a truss structure is formed in the corrugated core by forming a plurality of openings in the corrugated core.
  • the corrugated core is bonded to the first face plate and extends in the first direction along the first face plate
  • the second bond is bonded to the second face plate and extends in the first direction.
  • a connecting portion that is connected between the first joint portion and the second joint portion and extends in the first direction.
  • the first space surrounded by the second joint portion, the connecting portion, and the first face plate extends in the first direction
  • the second space surrounded by the first joint portion, the connecting portion, and the second face plate extends in the first direction
  • the space extends in the first direction
  • the first space and the second space have shapes that are alternately arranged in a second direction along a first face plate different from the first direction. May be.
  • the at least one opening may be provided in the connecting portion.
  • the 1st joined part, the 2nd joined part, and the connecting part may be repeatedly arranged side by side so that a periodic structure may be formed in the corrugated core in the 2nd direction.
  • the shape of the corrugated core that is, the shape of the first joint portion, the second joint portion, and the connecting portion is not necessarily limited to the shape in which the periodic structure is formed in the second direction. The structure may vary depending on the position of the composite structure.
  • a plurality of openings are formed in the corrugated core, whereby the corrugated core is connected to the first joint portion, and is connected to the first base portion extending in the first direction and the second joint portion, in the first direction.
  • a first base portion extending obliquely with respect to the first direction
  • a first oblique column portion extending obliquely with respect to the first direction and connecting the first base portion and the second base portion, and extending obliquely with respect to the first direction.
  • a second oblique column part connecting the second base part.
  • the opening may be circular or oval.
  • the composite material structure when the composite material structure includes a first face plate and a second face plate, the composite material structure may be used as a liquid tank that holds liquid between the first face plate and the second face plate.
  • a corrugated structure including a face plate and a corrugated core is employed as the composite material structure.
  • a high-strength structure can be realized with a small number of parts, and the advantages of the composite structure can be effectively utilized.
  • the rigidity is excessively high, so that the shapeability in the manufacturing process is lowered.
  • the reduction in formability can be a problem when applying a composite structure to a complex curved surface, such as the outer surface of an aircraft.
  • a corrugated core having at least one opening is used in the embodiment described below.
  • the rigidity can be adjusted moderately, and the problem of reduced formability can be addressed.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the composite structure 10 according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a side view showing the configuration of the composite structure 10.
  • an XYZ orthogonal coordinate system may be used. That is, in the following description, the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are directions perpendicular to each other.
  • the composite structure 10 includes face plates 1 and 2 and a corrugated core 3.
  • Both the face plates 1 and 2 and the corrugated core 3 are made of a composite material (that is, a material in which fibers (for example, carbon fibers and glass fibers) and a resin (for example, epoxy resin or phenol resin) are combined). ing.
  • the face plates 1 and 2 are provided so as to face each other, and the corrugated core 3 is joined between the face plates 1 and 2. That is, the face plate 1 is joined to one main surface of the corrugated core 3, and the face plate 2 is joined to the other main surface opposite to the one main surface.
  • the term “joining” as used in the present embodiment refers to both joining of separately formed members by bonding and other methods, and joining by integrally forming a single structure. Note that this is a concept that includes.
  • the corrugated core 3 includes a joint 11 that is joined to the face plate 1, a joint 12 that is joined to the face plate 2, and a joint that connects the joints 11 and 12.
  • Part 13 is provided.
  • the connecting portion 13 is connected to the joint portions 11 and 12 so as to be inclined with respect to the inner surfaces 1 a and 2 a of the face plates 1 and 2.
  • the connecting portion 13 may be joined to the joining portions 11 and 12 so as to be perpendicular to the inner surfaces 1a and 2a of the face plates 1 and 2.
  • the joining parts 11 and 12 and the connecting part 13 are all provided so as to extend in the Y-axis direction (first direction along the face plates 1 and 2).
  • the joint portions 11 and 12 and the connecting portion 13 are repeatedly arranged in the X-axis direction (a direction along the face plates 1 and 2 and a second direction different from the first direction).
  • the corrugated core 3 has a structure in which the spaces 14 and 15 extend in the Y-axis direction and are alternately arranged in the X-axis direction. .
  • Such a structure makes it possible to realize a high-strength structure with a small number of parts and to effectively use the advantages of the composite structure.
  • the joint portions 11 and 12 and the connecting portion 13 are repeatedly arranged side by side so that a periodic structure is formed in the corrugated core 3 in the X-axis direction.
  • the shape of the corrugated core 3, that is, the shapes of the joint portions 11 and 12 and the connecting portion 13 is not necessarily limited to the formation of a periodic structure in the X-axis direction. It may vary depending on the position of the composite structure 10.
  • the corrugated core 3 is provided with a plurality of openings 4.
  • the plurality of openings 4 are arranged in the Y-axis direction in each of the connecting portions 13.
  • the rigidity of the composite material structure 10 is appropriately adjusted by providing the corrugated core 3 with the opening 4. This is useful for improving the formability in the manufacturing process.
  • the composite structure 10 of the present embodiment in which the opening 4 is provided in the corrugated core 3 has various other advantages.
  • the composite material structure 10 of this embodiment is designed by appropriately designing the shape of the opening 4 together with the thicknesses of the composite materials constituting the face plates 1 and 2 and the corrugated core 3 and the fiber lamination method (lamination angle).
  • the advantage is that the strength and rigidity of the composite structure 10 can be freely set.
  • providing the opening 4 in the corrugated core 3 leads to a reduction in the mass of the composite structure 10.
  • the composite material structure 10 of the present embodiment can access each position of the composite material structure 10 through the opening 4 and can improve the ease of inspection of each part of the composite material structure 10. .
  • the composite structure 10 of the present embodiment may be used as a liquid tank that holds a liquid (for example, fuel) in the space between the face plates 1 and 2, for example, a fuel tank.
  • a liquid for example, fuel
  • the opening 4 is formed in such a shape that a truss structure is formed in the corrugated core 3. Such a structure is effective for efficiently transmitting a shear load inside the composite structure 10 and countering the shear load.
  • the shape of the opening 4 can be variously changed according to the purpose. The preferred shape of the opening 4 will be discussed in detail later.
  • the composite structure 10 has a structure having flat face plates 1 and 2, that is, a structure in which the outer surfaces 1 b and 2 b of the face plates 1 and 2 are flat.
  • the outer surfaces 1b and 2b of the face plates 1 and 2 may be curved surfaces as shown in FIGS.
  • the outer surfaces 1b and 2b of the face plates 1 and 2 are complicated curved surfaces. It is particularly suitable for such cases.
  • FIG 1 and 2 illustrate a structure in which the opening 4 is provided only in the connecting portion 13 of the corrugated core 3 (that is, a structure in which the opening 4 is provided only in a portion away from the face plate 1 of the corrugated core 3).
  • the opening 4 can be provided at any position of the corrugated core 3 (including the joints 11 and 12).
  • FIG. 5 and FIG. 6 are diagrams showing the composite material structure of the second embodiment.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a composite structure 10A according to another embodiment
  • FIG. 6 is a side view showing a configuration of the composite structure 10A.
  • the composite structure 10 ⁇ / b> A has a configuration in which the face plate 2 is removed from the composite structure 10 of FIGS. 1 and 2.
  • the joint portion 12 of the corrugated core 3 is not joined to the face plate 2 and functions as a portion that connects the adjacent connecting portions 13.
  • a space 14 is formed that is surrounded by the joint portion 12 and the connecting portion 13 of the corrugated core 3 and the inner surface 1a of the face plate 1, and the space 14 extends in the Y-axis direction. Yes.
  • the corrugated core 3 is provided with an opening 4.
  • the composite structure 10A shown in FIGS. 5 and 6 has a lower strength than the composite structure 10 shown in FIGS. 1 and 2, but a high-strength structure is realized with a small number of parts. It is the same in that the advantages of the composite structure can be effectively utilized.
  • 5 and 6 also show a structure in which the opening 4 is provided only in the connecting portion 13, the opening 4 is provided at an arbitrary position (including the joint portions 11 and 12) of the corrugated core 3. Note that this can be done.
  • FIGS. 7 and 8 show the structure when the outer surface 1b (surface opposite to the corrugated core 3) of the face plate 1 is a plane, but as shown in FIGS. 7 and 8,
  • the outer surface 1b of the face plate 1 may be a curved surface.
  • FIGS. 9A to 9D show the structure of the corrugated core 3 (that is, the shape of the opening 4 provided in the corrugated core 3) suitable for efficiently transmitting the shear load inside the composite structure 10, 10A. It is a side view. 9A to 9D show structures when the connecting portion 13 of the corrugated core 3 is viewed in the direction of arrow A in FIG. 9A to 9D, not the Z-axis direction but the Z′-axis direction that is perpendicular to the Y-axis direction and is along the connecting portion 13 is illustrated, and the vertical direction in FIGS. 9A to 9D Note that is in the Z′-axis direction.
  • FIG. 9A shows an example of the structure of the connecting portion 13 in which the truss structure is formed.
  • the opening 4 is provided in the connecting portion 13 of the corrugated core 3 side by side in the Y-axis direction.
  • the openings 4 other than the openings 4 positioned at both ends are formed in a substantially isosceles triangle with rounded corners, and the openings 4 positioned at both ends are formed in a right triangle with rounded corners.
  • the openings 4 having the side surfaces 17 facing the joint portions 11 and the openings 4 having the side surfaces 18 facing the joint portions 12 are alternately arranged. ing.
  • the base portions 21 and 22, the oblique column portions 23 and 24, and the column portion 25 are formed in the connecting portion 13.
  • the base 21 is connected to the joint 11 and is provided so as to extend in the Y-axis direction along the joint 11.
  • the base portion 22 is connected to the joint portion 12 and is provided so as to extend in the Y-axis direction along the joint portion 12.
  • the joint portion 11 is a portion joined to the face plate 1
  • the joint portion 12 is a portion joined to the face plate 2 (when the face plate 2 is provided).
  • the oblique column portions 23 and 24 extend obliquely with respect to the base portions 21 and 22 (that is, obliquely with respect to the Y-axis direction) and connect the base portions 21 and 22.
  • the oblique column portion 23 is connected to the base portions 21 and 22 such that the position in the Y-axis direction of the end connected to the base portion 22 is shifted in the + Y direction from the end connected to the base portion 21.
  • the oblique column portion 24 is connected to the base portions 21 and 22 so that the position in the Y-axis direction of the end connected to the base portion 21 is shifted in the + Y direction from the end connected to the base portion 22.
  • the column part 25 extends perpendicularly to the base parts 21 and 22 from the ends of the base parts 21 and 22 to connect the base parts 21 and 22.
  • the oblique structures 23 and 24 that extend obliquely with respect to the base portions 21 and 22 and connect the base portions 21 and 22 are provided. It is possible to transmit the shear load efficiently inside.
  • Such a structure of the connecting portion 13 is effective for supporting a shear load acting on the composite material structures 10 and 10A while reducing the weight of the composite material structures 10 and 10A.
  • FIG. 9B is a side view showing another example of the structure of the connecting portion 13 of the corrugated core 3 for efficiently transmitting the shear load inside the composite structure 10, 10A.
  • the opening 4 is provided in the connecting portion 13 side by side in the Y-axis direction.
  • the openings 4 other than the openings 4 located at both ends are formed in a substantially right trapezoid shape with rounded corners, and the openings 4 located at both ends are formed in a right triangle with rounded corners. ing.
  • the length in the Y-axis direction of the side surface 17 facing the joint portion 11 is longer than the length in the Y-axis direction of the side surface 18 facing the joint portion 12.
  • the openings 4 and the openings 4 whose lengths in the Y-axis direction of the side surfaces 17 facing the joint portions 11 are shorter than the lengths in the Y-axis direction of the side surfaces 18 facing the joint portions 12 are alternately arranged. Yes.
  • base portions 21 and 22, oblique column portions 23 and 24, and column portions 25 and 26 are formed in the connecting portion 13.
  • the base 21 is connected to the joint 11 and is provided so as to extend in the Y-axis direction along the joint 11.
  • the base portion 22 is connected to the joint portion 12 and is provided so as to extend in the Y-axis direction along the joint portion 12.
  • the oblique column portions 23 and 24 extend obliquely with respect to the base portions 21 and 22 (that is, obliquely with respect to the Y-axis direction) and connect the base portions 21 and 22.
  • the oblique column portion 23 is connected to the base portions 21 and 22 such that the position in the Y-axis direction of the end connected to the base portion 22 is shifted in the + Y direction from the end connected to the base portion 21.
  • the oblique column portion 24 is connected to the base portions 21 and 22 so that the position in the Y-axis direction of the end connected to the base portion 21 is shifted in the + Y direction from the end connected to the base portion 22. .
  • the column portion 25 extends vertically from the ends of the base portions 21 and 22 to connect the base portions 21 and 22.
  • Each column portion 26 is provided at a position between adjacent oblique column portions 23 and 24, and extends perpendicularly to the base portions 21 and 22 to connect the base portions 21 and 22.
  • the oblique structures 23 and 24 that extend obliquely with respect to the base portions 21 and 22 and connect the base portions 21 and 22 are provided. It is possible to transmit the shear load efficiently inside.
  • Such a structure of the connecting portion 13 is effective for supporting a shear load acting on the composite material structures 10 and 10A while reducing the weight of the composite material structures 10 and 10A.
  • a thickness direction load (plate thickness direction (Z-axis direction)) is provided by providing a column portion 26 that extends perpendicularly to the base portions 21 and 22 and connects the base portions 21 and 22. The strength against the load acting on the surface is also improved.
  • FIG. 9C is a side view showing still another example of the structure of the connecting portion 13 of the corrugated core 3 for efficiently transmitting the shear load inside the composite material structures 10 and 10A.
  • the opening 4 is provided side by side in the Y-axis direction in the connecting portion 13, thereby forming a truss structure in the connecting portion 13.
  • each opening 4 is formed in a substantially right triangle with rounded corners.
  • base portions 21 and 22, oblique column portions 23 and 24, and column portions 25 and 26 are formed in the connecting portion 13.
  • the base 21 is connected to the joint 11 and is provided so as to extend in the Y-axis direction along the joint 11.
  • the base portion 22 is connected to the joint portion 12 and is provided so as to extend in the Y-axis direction along the joint portion 12.
  • the oblique column portions 23 and 24 extend obliquely with respect to the base portions 21 and 22 (that is, obliquely with respect to the Y-axis direction) and connect the base portions 21 and 22.
  • the oblique column portion 23 is connected to the base portions 21 and 22 such that the position in the Y-axis direction of the end connected to the base portion 22 is shifted in the + Y direction from the end connected to the base portion 21.
  • the oblique column portion 24 is connected to the base portions 21 and 22 so that the position in the Y-axis direction of the end connected to the base portion 21 is shifted in the + Y direction from the end connected to the base portion 22. .
  • FIG. 9C unlike the structure of FIG.
  • the column portion 25 extends vertically from the ends of the base portions 21 and 22 to connect the base portions 21 and 22.
  • Each column portion 26 is provided such that one end thereof is connected to a position where the oblique column portions 23 and 24 are in contact and the other end is connected to the base portion 21 or 22.
  • the column portion 26 extends perpendicularly to the base portions 21 and 22 to connect the base portions 21 and 22.
  • the oblique structures 23 and 24 that extend obliquely with respect to the base portions 21 and 22 and connect the base portions 21 and 22 are provided. It is possible to transmit the shear load efficiently inside.
  • Such a structure of the connecting portion 13 is effective for supporting a shear load acting on the composite material structures 10 and 10A while reducing the weight of the composite material structures 10 and 10A.
  • the thickness direction load (the thickness direction (Z-axis direction)) is provided by providing the column portion 26 that extends perpendicularly to the base portions 21 and 22 and connects the base portions 21 and 22. The strength against the load acting on the surface is also improved.
  • FIG. 9D is a side view showing still another example of the structure of the connecting portion 13 of the corrugated core 3 for efficiently transmitting the shear load inside the composite material structures 10 and 10A.
  • the opening 4 is provided in the connecting portion 13 side by side in the Y-axis direction.
  • the connection portion 13 is provided with four types of openings 4a to 4d, whereby a truss structure is formed in the connection portion 13.
  • the opening 4a has a substantially rhombus shape with rounded corners.
  • the opening 4 b has a substantially isosceles triangular shape with rounded corners, and has a side surface 17 that faces the joint portion 11.
  • the opening 4 c has a substantially isosceles triangular shape with rounded corners, and has a side surface 18 that faces the joint 12.
  • the pair of openings 4b and 4c are arranged side by side in a direction perpendicular to the Y-axis direction.
  • the openings 4 d have a substantially isosceles triangular shape with rounded corners, and are located at both ends of the row of openings 4.
  • the base portions 21 and 22, the oblique column portions 23 and 24, and the column portion 25 are formed in the connecting portion 13.
  • the base 21 is connected to the joint 11 and is provided so as to extend in the Y-axis direction along the joint 11.
  • the base portion 22 is connected to the joint portion 12 and is provided so as to extend in the Y-axis direction along the joint portion 12.
  • the oblique column portions 23 and 24 extend obliquely with respect to the base portions 21 and 22 (that is, obliquely with respect to the Y-axis direction) and connect the base portions 21 and 22.
  • the oblique column portion 23 is connected to the base portions 21 and 22 such that the position in the Y-axis direction of the end connected to the base portion 22 is shifted in the + Y direction from the end connected to the base portion 21.
  • the oblique column portion 24 is connected to the base portions 21 and 22 so that the position in the Y-axis direction of the end connected to the base portion 21 is shifted in the + Y direction from the end connected to the base portion 22. .
  • FIG. 1 In the structure of FIG.
  • the oblique column portions 23 and 24 are provided so as to intersect with each other, and the oblique column portions 23 and 24 are joined at the center thereof.
  • the column portion 25 extends vertically from the ends of the base portions 21 and 22 to connect the base portions 21 and 22.
  • the composite material is provided by providing oblique column portions 23 and 24 that extend obliquely with respect to the base portions 21 and 22 and connect the base portions 21 and 22.
  • the shear load can be efficiently transmitted inside the structures 10 and 10A.
  • Such a structure of the connecting portion 13 is effective for supporting a shear load acting on the composite material structures 10 and 10A while reducing the weight of the composite material structures 10 and 10A.
  • FIGS. 10A to 10C show the structure of the corrugated core 3 suitable for efficiently transmitting the thickness direction load (that is, the load acting in the thickness direction (Z-axis direction)) inside the composite structure 10, 10A. It is a side view which shows (namely, the shape of the opening 4 provided in the corrugated core 3).
  • 10A to 10C show structures when the connecting portion 13 of the corrugated core 3 is viewed in the direction of arrow A in FIG. 10A to 10C also show the Z′-axis direction (the direction perpendicular to the Y-axis direction and along the connecting portion 13), not the Z-axis direction. It should be noted that the vertical direction in FIGS. 10A to 10C is the Z′-axis direction.
  • FIG. 10A is a side view showing an example of the structure of the connecting portion 13 of the corrugated core 3 for efficiently transmitting the shear load inside the composite structure 10, 10A.
  • a substantially rectangular opening 4 is provided in the connecting portion 13 side by side in the Y-axis direction.
  • Base portions 21 and 22 and column portions 25 and 26 are formed in the connecting portion 13 by the opening 4 having such a shape.
  • the base 21 is connected to the joint 11 and is provided so as to extend in the Y-axis direction along the joint 11.
  • the base portion 22 is connected to the joint portion 12 and is provided so as to extend in the Y-axis direction along the joint portion 12.
  • the column portions 25 and 26 extend perpendicularly to the base portions 21 and 22 to connect the base portions 21 and 22.
  • the column portion 25 is connected to the ends of the base portions 21 and 22, and the column portion 26 is connected to the base portions 21 and 22 at an intermediate position between the base portions 21 and 22.
  • the thickness direction load is provided inside the composite material structure 10, 10 ⁇ / b> A by providing column portions 25, 26 extending perpendicularly to the base portions 21, 22 and connecting the base portions 21, 22. Can be transmitted efficiently.
  • Such a structure of the connecting portion 13 is effective for supporting a thickness direction load acting on the composite material structures 10 and 10A while reducing the weight of the composite material structures 10 and 10A.
  • FIG. 10B is a side view showing another example of the structure of the connecting portion 13 of the corrugated core 3 for efficiently transmitting the shear load inside the composite structure 10, 10A.
  • the circular opening 4 is provided in the connection part 13 along with the Y-axis direction.
  • the base portions 21 and 22 and the column portion 27 are formed in the connecting portion 13.
  • the base 21 is connected to the joint 11 and is provided so as to extend in the Y-axis direction along the joint 11.
  • the base portion 22 is connected to the joint portion 12 and is provided so as to extend in the Y-axis direction along the joint portion 12.
  • the column portion 27 extends perpendicularly to the base portions 21 and 22 to connect the base portions 21 and 22.
  • the load in the plate thickness direction is efficiently generated inside the composite material structures 10 and 10A. It is possible to communicate well.
  • Such a structure of the connecting portion 13 is effective for supporting a thickness direction load acting on the composite material structures 10 and 10A while reducing the weight of the composite material structures 10 and 10A.
  • the opening 4 is circular, stress is not easily concentrated in the vicinity of the opening 4, and the strength of the composite structure 10, 10A can be improved.
  • FIG. 10C is a side view showing another example of the structure of the connecting portion 13 of the corrugated core 3 for efficiently transmitting the shear load inside the composite structure 10, 10A.
  • an oval opening 4 that is long in the direction perpendicular to the Y-axis direction is provided in the connecting portion 13 side by side in the Y-axis direction.
  • the term “oval” is used to include both a figure formed by connecting two semicircles by two parallel line segments and an ellipse.
  • the base portions 21 and 22 and the column portion 27 are formed in the connecting portion 13.
  • the base 21 is connected to the joint 11 and is provided so as to extend in the Y-axis direction along the joint 11.
  • the base portion 22 is connected to the joint portion 12 and is provided so as to extend in the Y-axis direction along the joint portion 12.
  • the column portion 27 extends perpendicularly to the base portions 21 and 22 to connect the base portions 21 and 22.
  • the load in the thickness direction is efficiently generated inside the composite material structures 10 and 10 ⁇ / b> A. It is possible to communicate well.
  • Such a structure of the connecting portion 13 is effective for supporting a thickness direction load acting on the composite material structures 10 and 10A while reducing the weight of the composite material structures 10 and 10A.
  • the opening 4 is oval, stress is unlikely to concentrate in the vicinity of the opening 4, and the strength of the composite structure 10, 10A can be improved.
  • FIG. 11 shows the structure of the corrugated core 3 suitable for efficiently transmitting the axial load (that is, the load acting in the Y-axis direction) inside the composite structure 10, 10A. It is a side view which shows the shape of the opening 4 currently made.
  • FIG. 11 shows a structure when the connecting portion 13 of the corrugated core 3 is viewed in the direction of arrow A in FIG. Also in FIG. 11, not the Z-axis direction but the Z′-axis direction (direction perpendicular to the Y-axis direction and along the connecting portion 13) is illustrated. Note that the vertical direction in FIG. 11 is the Z′-axis direction.
  • substantially rectangular openings 4 are arranged in a matrix (that is, lined up in the Y-axis direction and the Z′-axis direction) in the connecting portion 13.
  • base portions 21 and 22, column portions 25 and 26, and a beam portion 28 are formed in the connecting portion 13.
  • the base 21 is connected to the joint 11 and is provided so as to extend in the Y-axis direction along the joint 11.
  • the base portion 22 is connected to the joint portion 12 and is provided so as to extend in the Y-axis direction along the joint portion 12.
  • the column portions 25 and 26 extend perpendicularly to the base portions 21 and 22 to connect the base portions 21 and 22.
  • the column portion 25 is connected to the ends of the base portions 21 and 22, and the column portion 26 is connected to the base portions 21 and 22 at an intermediate position between the base portions 21 and 22.
  • the beam portion 28 extends in the axial direction (that is, the Y-axis direction) of the composite material structures 10 and 10A and connects the adjacent column portions 25 and 26 to each other.
  • the structure shown in FIG. 11 is provided with a beam portion 28 that extends in the axial direction (that is, the Y-axis direction) of the composite material structures 10 and 10A and connects the adjacent column portions 25 and 26 to each other. It is possible to transmit the axial load efficiently within 10, 10A.
  • Such a structure of the connecting portion 13 is effective for supporting an axial load acting on the composite material structures 10 and 10A while reducing the weight of the composite material structures 10 and 10A.
  • the face plates 1, 2 and the corrugated core 3 can be manufactured in various ways.
  • the face plate 1 and the corrugated core 3 may be integrally formed, or may be joined after the face plate 1 and the corrugated core 3 are produced as separate members.
  • the face plate 2 and the corrugated core 3 may be integrally formed, or may be joined after the face plate 2 and the corrugated core 3 are produced as separate members.
  • all of the face plates 1 and 2 and the corrugated core 3 may be integrally molded.
  • intermediate products that finally become the face plates 1 and 2 and the corrugated core 3 are each made of a sheet-like or tape-like prepreg, and the produced intermediate product is a cocure ( It may be joined by co-cure, co-bond, or secondary adhesion.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing an example of a manufacturing method for manufacturing the composite structure 10 using a sheet-like prepreg.
  • a sheet-like prepreg 32 is laminated on the flat mandrel 31 to form a laminated body 33 (FIG. 12A).
  • the stacked body 33 is an intermediate product formed in the corrugated core 3 in a later step.
  • the number of prepregs 32 to be laminated and the fiber direction of each prepreg 32 are determined so that the finally formed corrugated core 3 has appropriate strength and rigidity.
  • an opening 4 is formed in the laminate 33 by punching or cutting (FIG. 12B).
  • the laminate 33 is formed into the shape of the corrugated core 3 to be finally formed by pressing or draping (FIG. 12 (c)). At this point, the laminate 33 is uncured.
  • the step of joining the separately formed face plates 1 and 2 and the corrugated core 3 is performed to complete the manufacture of the composite material structure 10 (FIG. 12D).
  • the joining can be performed in various ways.
  • the face plates 1 and 2 and the corrugated core 3 may be joined by co-cure.
  • the uncured members 34 and 35 that finally become the face plates 1 and 2 are formed by laminating the prepreg, and the members 34 and 35 are cured together with the laminated body 33, whereby the face plates 1 and 2 and the corrugated core 3 are cured. Is completed.
  • the face plates 1 and 2 and the corrugated core 3 may be joined by a co-bond.
  • the laminated body 33 is cured to form the corrugated core 3, while uncured members 34 and 35 that finally become the face plates 1 and 2 are formed by laminating prepregs.
  • the cured corrugated core 3 is cured in a state where the corrugated core 3 is in contact with the uncured members 34 and 35 via an adhesive, whereby the composite material in which the face plates 1 and 2 and the corrugated core 3 are joined together.
  • the structure 10 is completed.
  • the face plates 1 and 2 and the corrugated core 3 may be joined by secondary adhesion.
  • the laminated body 33 is cured to form the corrugated core 3, while the cured face plates 1 and 2 are formed.
  • the adhesive is cured in a state where the cured corrugated core 3 is in contact with the cured face plates 1 and 2 through an adhesive, and thereby the face plates 1 and 2 and the corrugated core 3 are joined.
  • the finished composite structure 10 is completed.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram showing an example of a manufacturing method for manufacturing the composite structure 10 using a tape-shaped prepreg (prepreg tape).
  • a prepreg tape 36 is laminated on the flat mandrel 31 to form a laminated body 33 in which the openings 4 are formed (FIG. 13A).
  • the prepreg tape 36 may be laminated by using an AFP (automated? Fiber? Placement) technique.
  • AFP automated? Fiber? Placement
  • the laminate 33 is formed into the shape of the corrugated core 3 to be finally formed by pressing or draping (FIG. 13B). Further, a step of joining the face plates 1 and 2 and the corrugated core 3 is performed (FIG. 13C). Similar to the manufacturing method of FIG. 12, in the step of joining the face plates 1 and 2 and the corrugated core 3, any of co-cure, co-bond, and secondary bonding may be used.
  • the composite structure 10 is completed through the above steps.
  • FIG. 14 is a conceptual diagram showing a manufacturing method for manufacturing the composite material structure 10 using an RTM (resin transfer molding) technique in which a dry preform is impregnated with resin.
  • RTM resin transfer molding
  • a dry preform 41 having an opening 4 is prepared (FIG. 14A).
  • the dry preform 41 having the opening 4 may be formed by forming the opening 4 in a flat dry preform by punching or cutting.
  • the corrugated core 3 is formed by impregnating the dry preform 41 with resin by RTM (FIG. 14B). Specifically, the resin is impregnated with the dry preform 41 sandwiched between the mandrels 42 and 43, and the resin is further cured at a desired temperature. Thereby, the hardened corrugated core 3 is completed.
  • a step of joining the separately formed face plates 1 and 2 and the corrugated core 3 is performed to complete the manufacture of the composite material structure 10 (FIG. 14C).
  • the joining can be performed in various ways.
  • the face plates 1 and 2 and the corrugated core 3 may be joined by a co-bond.
  • the uncured members 34 and 35 that finally become the face plates 1 and 2 are formed by laminating the prepreg, and further, the corrugated core 3 after curing is uncured members 34 and 35 via an adhesive. Curing is performed in a state of being in contact with the. Thereby, the composite material structure 10 in which the face plates 1 and 2 and the corrugated core 3 are joined is completed.
  • the face plates 1 and 2 and the corrugated core 3 may be joined by secondary adhesion.
  • the cured face plates 1 and 2 are prepared, and the adhesive is cured in a state where the cured corrugated core 3 is in contact with the cured face plates 1 and 2 through an adhesive. Is called.
  • the composite material structure 10 in which the face plates 1 and 2 and the corrugated core 3 are joined is completed.
  • the composite material structure 10A without the face plate 2 can be manufactured by not joining the face plate 2 to the corrugated core 3 in the above-described manufacturing method.

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Abstract

複合材構造（１０）は、第１面板（１，２）と、第１面板（１，２）に接合されたコルゲートコア（３）とを具備している。コルゲートコア（３）は、少なくとも一の開口（４）を有している。

Description

複合材構造
　本発明は、複合材構造に関する。
　繊維（例えば、炭素繊維及びガラス繊維）と樹脂（例えば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂）とを組み合わせてなる複合材で形成された構造体である複合材構造は、航空機を始め、様々な工業製品に適用されている。複合材構造は、軽量且つ高剛性であり、更に一体成形することで部品点数及び組立工数を削減できるという利点があり、近年では、その適用範囲がますます拡大している。
　航空機の構造体のように、せん断力と軸力との両方に耐えられる構造が必要な場合には、せん断力を受け持つ部品（例えば、外板）と、軸力を受け持つ部品（例えば、ストリンガ）とを別々に製造し、後工程で結合するという手法が採用されることがある。このような手法は、例えば、特許文献１（米国特許第６，７０２，９１１号）に開示されている。しかしながら、発明者の検討では、特許文献１に開示されている構造では、部品点数及び組立工数の削減という複合材構造の利点を十分に生かせていない。
　なお、本願と関連し得る技術として、特許文献２（米国特許第５，４６９，６８６号）は、第１層と、第１層の上に並べて配置された複数の管状部材と、該複数の管状部材の上に設けられた第２層とを備え、これらが単一構造として一体成形されている（integrally formed as a unitary structure）、複合構造トラス要素を開示している。
　また、特許文献３（米国特許第７，６２５，６１８号）は、２つの表皮層（skin）と、その間に挟まれた略矩形断面の複数の管状部材（hat sections）を備えた複合材構造体を開示している。
　更に、特許文献４（米国特許出願公開第２０１３／００２０４３８号）は、複数のトラス要素（truss elements）とキャップとを備えた複合材フレームを開示している。該トラス要素は、互いに柔軟に結合されていると共に、キャップに結合されている。該フレームは、結合される所望の表面に沿って曲がり、該表面に一度結合されると、必要な剛性を提供する。
米国特許第６，７０２，９１１号 米国特許第５，４６９，６８６号 米国特許第７，６２５，６１８号 米国特許出願公開第２０１３／００２０４３８号
　従って、本発明の目的は、十分な剛性を持ちながら、部品点数が削減された複合材構造を提供することにある。
　本発明の一の観点では、複合材構造が、第１面板と、第１面板に接合されたコルゲートコアとを具備している。コルゲートコアは、少なくとも一の開口を有している。
　一実施形態では、当該複合材構造が、更に、第１面板に対向する第２面板を具備しており、コルゲートコアが、第１面板と第２面板の間に接合されている。
　好適には、コルゲートコアに複数の開口が形成されることでコルゲートコアにトラス構造が形成される。
　一実施形態では、コルゲートコアが、第１面板に接合され、第１面板に沿った第１方向に延伸する第１接合部と、第２面板に接合され、第１方向に延伸する第２接合部と、第１接合部と第２接合部との間に連結され、第１方向に延伸する連結部とを備えていても良い。この場合、コルゲートコアは、第２接合部と連結部と第１面板に囲まれた第１空間が第１方向に延伸し、第１接合部と連結部と第２面板に囲まれた第２空間が該第１方向に延伸し、且つ、第１空間と第２空間とが第１方向とは異なる第１面板に沿った第２方向において交互に並んで配置されるような形状を有していても良い。この場合、該少なくとも一の開口は、連結部に設けられてもよい。また、一実施形態では、第１接合部と第２接合部と連結部とは、コルゲートコアに第２方向において周期構造が形成されるように繰り返して並んで配置されてもよい。なお、コルゲートコアの形状、即ち、第１接合部と第２接合部と連結部との形状は、必ずしも、第２方向において周期構造が形成されるような形状には限定されず、コルゲートコアの構造は、複合材構造の位置によって違っていてもよい。
　この場合、コルゲートコアに複数の開口が形成され、これにより、コルゲートコアが、第１接合部に連結し、第１方向に延伸する第１基部と、第２接合部に連結し、第１方向に延伸する第２基部と、第１方向に対して斜めに延伸して第１基部と第２基部を連結する第１斜柱部と、第１方向に対して斜めに延伸して第１基部と第２基部を連結する第２斜柱部とを備えるように構成されてもよい。ここで、第１斜柱部が第２基部に連結している位置は、第１斜柱部が第１基部に連結している位置に対して第１方向にずれており、第２斜柱部が第１基部に連結している位置は、第２斜柱部が第２基部に連結している位置に対して該第１方向にずれている。
　また、他の実施形態では、開口は、円形であってもよく、また、長円形であってもよい。
　また、当該複合材構造が、第１面板と第２面板とを具備している場合、当該複合材構造を第１面板と第２面板の間に液体を保持する液体タンクとして用いてもよい。
　本発明によれば、十分な剛性を持ちながら、部品点数が削減された複合材構造を提供することができる。
本発明の第１の実施形態の複合材構造の構成を示す斜視図である。 第１の実施形態の複合材構造の構成を示す側面図である。 第１の実施形態の複合材構造の変形例を示す斜視図である。 図３の変形例における複合材構造の構成を示す側面図である。 本発明の第２の実施形態の複合材構造の構成を示す斜視図である。 第２の実施形態の複合材構造の構成を示す側面図である。 第２の実施形態の複合材構造の変形例を示す斜視図である。 図７の変形例における複合材構造の構成を示す側面図である。 せん断荷重を効率よく伝達するために好適なコルゲートコアの構造の一例を示す側面図である。 せん断荷重を効率よく伝達するために好適なコルゲートコアの構造の他の例を示す側面図である。 せん断荷重を効率よく伝達するために好適なコルゲートコアの構造の更に他の例を示す側面図である。 せん断荷重を効率よく伝達するために好適なコルゲートコアの構造の更に他の例を示す側面図である。 板厚方向荷重を効率よく伝達するために好適なコルゲートコアの構造の一例を示す側面図である。 板厚方向荷重を効率よく伝達するために好適なコルゲートコアの構造の他の例を示す側面図である。 板厚方向荷重を効率よく伝達するために好適なコルゲートコアの構造の更に他の例を示す側面図である。 軸方向荷重を効率よく伝達するために好適なコルゲートコアの構造の一例を示す側面図である。 第１の実施形態の複合材構造の製造方法の一例を示す概念図である。 第１の実施形態の複合材構造の製造方法の他の例を示す概念図である。 第１の実施形態の複合材構造の製造方法の更に他の例を示す概念図である。
　本発明の実施形態では、複合材構造として、面板（face plate）とコルゲートコアとを備えたコルゲート構造が採用される。コルゲート構造を採用することで、高強度の構造体を少ない部品点数で実現することが可能になり、複合材構造の利点を有効に活用することができる。
　その一方で、コルゲート構造を複合材構造として採用した場合、剛性が過剰に高いために、製造工程における付形性（shapability）が低下してしまう。付形性の低下は、例えば航空機の外表面等のような複雑な曲面に複合材構造を適用する上で問題になり得る。
　付形性の低下の問題に対処するために、以下に述べられる実施形態では、少なくとも一の開口が設けられたコルゲートコアが使用される。コルゲートコアに開口を設けることにより、剛性を適度に調整することができ、付形性の低下の問題に対処することができる。以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
　図１は、本発明の第１の実施形態の複合材構造１０の構成を示す斜視図であり、図２は、複合材構造１０の構成を示す側面図である。以下の説明では、ＸＹＺ直交座標系を用いることがある。即ち、以下の説明において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は、互いに垂直な方向である。
　図１に図示されているように、複合材構造１０は、面板１、２と、コルゲートコア３とを備えている。面板１、２と、コルゲートコア３とは、いずれも、複合材（即ち、繊維（例えば、炭素繊維やガラス繊維）と樹脂（例えば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂）とを組み合わせた材料）で構成されている。面板１、２は、互いに対向するように設けられており、コルゲートコア３は、面板１、２の間に接合されている。即ち、コルゲートコア３の一の主面に面板１が接合され、該一の主面に対向する他の主面に面板２が接合されている。なお、本実施形態でいう「接合」とは、別々に形成された部材が接着その他の手法によって接合されることと、単一構造体として一体に形成されることで接合されることの両方を含む概念であることに留意されたい。
　詳細には、図２に図示されているように、コルゲートコア３は、面板１に接合される接合部１１と、面板２に接合される接合部１２と、接合部１１、１２を連結する連結部１３を有している。図２の複合材構造１０では、連結部１３は、面板１、２の内側表面１ａ、２ａに対して斜めになるように接合部１１、１２に連結されている。ただし、連結部１３は、面板１、２の内側表面１ａ、２ａに対して垂直であるように接合部１１、１２に接合されてもよい。接合部１１、１２及び連結部１３は、いずれも、Ｙ軸方向（面板１、２に沿った第１方向）に延伸するように設けられている。接合部１１、１２と連結部１３とは、Ｘ軸方向（面板１、２に沿った方向で、且つ、上記の第１方向と異なる第２方向）に繰り返して配置されている。複合材構造１０の内部には、コルゲートコア３の接合部１２、連結部１３と、面板１の内側表面１ａとで囲まれた空間１４と、コルゲートコア３の接合部１１及び連結部１３と、面板２の内側表面２ａとて囲まれた空間１５とが形成される。図１に図示されているように、コルゲートコア３は、空間１４、１５が、Ｙ軸方向に延伸し、且つ、Ｘ軸方向において、交互に並んで配置されるような構造を有している。このような構造は、高強度の構造体を少ない部品点数で実現し、複合材構造の利点を有効に活用することを可能にする。
　一実施形態では、接合部１１、１２と連結部１３とは、Ｘ軸方向においてコルゲートコア３に周期構造が形成されるように繰り返して並んで配置される。なお、コルゲートコア３の形状、即ち、接合部１１、１２と連結部１３との形状は、必ずしも、Ｘ軸方向において周期構造が形成されることには限定されず、コルゲートコア３の構造は、複合材構造１０の位置によって違っていてもよい。
　図１を再度に参照して、コルゲートコア３には、複数の開口４が設けられている。該複数の開口４は、連結部１３のそれぞれにおいてＹ軸方向に並んで配置されている。本実施形態では、コルゲートコア３に開口４が設けられることにより、複合材構造１０の剛性が適正に調節されている。これは、製造工程における付形性を向上させるために有用である。
　コルゲートコア３に開口４が設けられている本実施形態の複合材構造１０は、他にも様々な利点を有している。まず、本実施形態の複合材構造１０は、面板１、２、コルゲートコア３を構成する複合材の厚さ及び繊維の積層方法（積層角度）と共に、開口４の形状を適切に設計することで、複合材構造１０の強度・剛性を自在に設定可能であるという利点を有している。更に、コルゲートコア３に開口４を設けることは、複合材構造１０の質量の軽減に繋がる。加えて、本実施形態の複合材構造１０は、開口４を介して複合材構造１０の各位置にアクセスが可能であり、複合材構造１０の各部分の検査の容易性を向上することができる。
　更に、コルゲートコア３に開口４が設けられている構造は、複合材構造１０の内部に（即ち、面板１、２の間の空間に）液体を保持したときに、液体が開口４を介して流通可能である。このような特性を生かし、本実施形態の複合材構造１０を、面板１、２の間の空間に液体（例えば、燃料）を保持する液体タンク、例えば、燃料タンクとして利用しても良い。
　図１の構造では、開口４は、コルゲートコア３にトラス構造が形成されるような形状に形成されている。このような構造は、複合材構造１０の内部でせん断荷重を効率よく伝達し、せん断荷重に対抗するために有効である。ただし、開口４の形状は、その目的に応じて様々に変更可能である。開口４の好適な形状については、後に詳細に議論する。
　なお、図１、図２では、複合材構造１０が平坦な面板１、２を有しているような構造、即ち、面板１、２の外側表面１ｂ、２ｂが、平面であるような構造が図示されているが、図３、図４に図示されているように、面板１、２の外側表面１ｂ、２ｂは、曲面であってもよい。上述のように、本実施形態の複合材構造１０は、コルゲートコア３に開口４が設けられることによって付形性が向上されているため、面板１、２の外側表面１ｂ、２ｂが複雑な曲面であるような場合に特に好適である。
　また、図１、図２では、開口４がコルゲートコア３の連結部１３にのみ設けられる構造（即ち、開口４がコルゲートコア３の面板１から離れている部分にのみ設けられる構造）が図示されているが、開口４は、コルゲートコア３の任意の位置（接合部１１、１２を含む）に設けられ得ることに留意されたい。
　図５、図６は、第２の実施形態の複合材構造を示す図である。詳細には、図５は、該他の実施形態における複合材構造１０Ａの構成を示す斜視図であり、図６は、複合材構造１０Ａの構成を示す側面図である。図５、図６に図示されているように、複合材構造１０Ａは、図１、図２の複合材構造１０から面板２を取り除いた構成を有している。この場合、コルゲートコア３の接合部１２は、面板２とは接合されず、隣接する連結部１３を連結する部分として機能することになる。複合材構造１０Ａの内部では、コルゲートコア３の接合部１２、連結部１３と、面板１の内側表面１ａとで囲まれた空間１４が形成され、その空間１４が、Ｙ軸方向に延伸している。コルゲートコア３には、開口４が設けられている。図５、図６に図示されている複合材構造１０Ａは、強度は図１、図２に図示されている複合材構造１０よりも低下するが、高強度の構造体を少ない部品点数で実現し、複合材構造の利点を有効に活用することができる点では同じである。
　なお、図５、図６においても、開口４が連結部１３にのみ設けられる構造が図示されているが、開口４は、コルゲートコア３の任意の位置（接合部１１、１２を含む）に設けられ得ることに留意されたい。
　また、図５、図６は、面板１の外側表面１ｂ（コルゲートコア３と反対の表面）が平面である場合の構造を示しているが、図７、図８に図示されているように、面板１の外側表面１ｂは、曲面であってもよい。
　続いて、上述の実施形態の複合材構造１０、１０Ａのコルゲートコア３の好適な構造、即ち、コルゲートコア３に設けられている開口４の好適な形状について説明する。以下に議論されるように、開口４の形状は、複合材構造１０、１０Ａに求められる強度・剛性を考慮して設計されることが望ましい。
　図９Ａ～図９Ｄは、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達するために好適なコルゲートコア３の構造（即ち、コルゲートコア３に設けられている開口４の形状）を示す側面図である。なお、図９Ａ～図９Ｄは、コルゲートコア３の連結部１３を図２の矢印Ａの方向に見た場合の構造を示している。図９Ａ～図９Ｄにおいては、Ｚ軸方向ではなく、Ｙ軸方向に垂直で、且つ、連結部１３に沿った方向であるＺ’軸方向が図示されており、図９Ａ～図９Ｄにおける上下方向は、Ｚ’軸方向であることに留意されたい。
　せん断荷重を効率よく伝達するためには、連結部１３にトラス構造（三角形の構造を基本単位として、該基本単位の集合体で構成された構造）が形成されることが好ましい。図９Ａは、トラス構造が形成された連結部１３の構造の一例を示している。図９Ａの構造では、コルゲートコア３の連結部１３に、開口４がＹ軸方向に並んで設けられている。両端に位置する開口４以外の開口４は、角が丸められた略二等辺三角形に形成され、両端に位置する開口４は、角が丸められた直角三角形に形成されている。ここで、両端に位置する開口４以外の開口４については、接合部１１に対向する側面１７を持つ開口４と、接合部１２に対向する側面１８を持つ開口４とが交互に並んで配置されている。
　このような形状の開口４が設けられることにより、連結部１３に、基部２１、２２と、斜柱部２３、２４と、柱部２５とが形成されている。基部２１は、接合部１１に連結しており、接合部１１に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。また、基部２２は、接合部１２に連結しており、接合部１２に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。上述のように、接合部１１は、面板１に接合される部分であり、接合部１２は、（面板２が設けられる場合には）面板２に接合される部分である。
　斜柱部２３、２４は、基部２１、２２に対して斜めに（即ち、Ｙ軸方向に対して斜めに）延伸して基部２１、２２を連結している。ここで、斜柱部２３は、基部２２に連結している端のＹ軸方向の位置が、基部２１に連結している端から＋Ｙ方向にずれているように基部２１、２２に連結されており、斜柱部２４は、基部２１に連結している端のＹ軸方向の位置が、基部２２に連結している端から＋Ｙ方向にずれているように基部２１、２２に連結されている。また、柱部２５は、基部２１、２２の端から基部２１、２２に対して垂直に延伸して基部２１、２２を連結している。
　上記の連結部１３の構造においては、基部２１、２２に対して斜めに延伸して基部２１、２２を連結する斜柱部２３、２４が設けられていることにより、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達することが可能になっている。このような連結部１３の構造は、複合材構造１０、１０Ａの重量を低減しながら、複合材構造１０、１０Ａに作用するせん断荷重を支持するために有効である。
　図９Ｂは、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達するためのコルゲートコア３の連結部１３の構造の他の例を示す側面図である。図９Ｂの構造においても、連結部１３に、開口４がＹ軸方向に並んで設けられている。ただし、図９Ｂの構造では、両端に位置する開口４以外の開口４は、角が丸められた略直角台形に形成され、両端に位置する開口４は、角が丸められた直角三角形に形成されている。ここで、両端に位置する開口４以外の開口４については、接合部１１に対向する側面１７のＹ軸方向の長さが、接合部１２に対向する側面１８のＹ軸方向の長さよりも長い開口４と、接合部１１に対向する側面１７のＹ軸方向の長さが、接合部１２に対向する側面１８のＹ軸方向の長さよりも短い開口４とが、交互に並んで配置されている。
　このような形状の開口４が設けられることにより、連結部１３に、基部２１、２２と、斜柱部２３、２４と、柱部２５、２６とが形成されている。基部２１は、接合部１１に連結しており、接合部１１に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。また、基部２２は、接合部１２に連結しており、接合部１２に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。
　斜柱部２３、２４は、基部２１、２２に対して斜めに（即ち、Ｙ軸方向に対して斜めに）延伸して基部２１、２２を連結している。ここで、斜柱部２３は、基部２２に連結している端のＹ軸方向の位置が、基部２１に連結している端から＋Ｙ方向にずれているように基部２１、２２に連結されており、斜柱部２４は、基部２１に連結している端のＹ軸方向の位置が、基部２２に連結している端から＋Ｙ方向にずれているように基部２１、２２に連結されている。柱部２５は、基部２１、２２の端から基部２１、２２に対して垂直に延伸して基部２１、２２を連結している。また、各柱部２６は、隣接する斜柱部２３、２４の間の位置に設けられており、基部２１、２２に垂直に延伸して基部２１、２２を連結している。
　上記の連結部１３の構造においては、基部２１、２２に対して斜めに延伸して基部２１、２２を連結する斜柱部２３、２４が設けられていることにより、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達することが可能になっている。このような連結部１３の構造は、複合材構造１０、１０Ａの重量を低減しながら、複合材構造１０、１０Ａに作用するせん断荷重を支持するために有効である。また、図９Ｂの構造においては、基部２１、２２に垂直に延伸して基部２１、２２を連結する柱部２６が設けられていることにより、板厚方向荷重（板厚方向（Ｚ軸方向）に作用する荷重）に対する強度も向上されている。
　図９Ｃは、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達するためのコルゲートコア３の連結部１３の構造の更に他の例を示す側面図である。図９Ｃの構造においても、連結部１３に、開口４がＹ軸方向に並んで設けられ、これにより、連結部１３にトラス構造が形成されている。ただし、図９Ｃの構造では、各開口４が、角が丸められた略直角三角形に形成されている。
　このような形状の開口４が設けられることにより、連結部１３に、基部２１、２２と、斜柱部２３、２４と、柱部２５、２６とが形成されている。基部２１は、接合部１１に連結しており、接合部１１に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。また、基部２２は、接合部１２に連結しており、接合部１２に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。
　斜柱部２３、２４は、基部２１、２２に対して斜めに（即ち、Ｙ軸方向に対して斜めに）延伸して基部２１、２２を連結している。ここで、斜柱部２３は、基部２２に連結している端のＹ軸方向の位置が、基部２１に連結している端から＋Ｙ方向にずれているように基部２１、２２に連結されており、斜柱部２４は、基部２１に連結している端のＹ軸方向の位置が、基部２２に連結している端から＋Ｙ方向にずれているように基部２１、２２に連結されている。図９Ｃの構造では、斜柱部２３、２４が離間されている図９Ｂの構造と異なり、斜柱部２３、２４が接して設けられている。柱部２５は、基部２１、２２の端から基部２１、２２に対して垂直に延伸して基部２１、２２を連結している。また、各柱部２６は、その一端が斜柱部２３、２４が接している位置に連結し、他端が基部２１又は２２に連結するように設けられている。柱部２６は、基部２１、２２に垂直に延伸して基部２１、２２を連結している。
　上記の連結部１３の構造においては、基部２１、２２に対して斜めに延伸して基部２１、２２を連結する斜柱部２３、２４が設けられていることにより、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達することが可能になっている。このような連結部１３の構造は、複合材構造１０、１０Ａの重量を低減しながら、複合材構造１０、１０Ａに作用するせん断荷重を支持するために有効である。また、図９Ｃの構造においても、基部２１、２２に垂直に延伸して基部２１、２２を連結する柱部２６が設けられていることにより、板厚方向荷重（板厚方向（Ｚ軸方向）に作用する荷重）に対する強度も向上されている。
　図９Ｄは、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達するためのコルゲートコア３の連結部１３の構造の更に他の例を示す側面図である。図９Ｄの構造においても、連結部１３に、開口４がＹ軸方向に並んで設けられている。ただし、図９Ｄの構造では、連結部１３に、４種類の開口４ａ～４ｄが設けられ、これにより、連結部１３にトラス構造が形成されている。詳細には、開口４ａは、角が丸められた略菱形の形状を有している。開口４ｂは、角が丸められた略二等辺三角形の形状を有しており、接合部１１に対向する側面１７を有している。一方、開口４ｃは、角が丸められた略二等辺三角形の形状を有しており、接合部１２に対向する側面１８を有している。一対の開口４ｂ、４ｃは、Ｙ軸方向に垂直な方向に並んで配置されている。開口４ｄは、角が丸められた略二等辺三角形の形状を有しており、開口４の列の両端に位置している。
　このような形状の開口４が設けられることにより、連結部１３に、基部２１、２２と、斜柱部２３、２４と、柱部２５とが形成されている。基部２１は、接合部１１に連結しており、接合部１１に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。また、基部２２は、接合部１２に連結しており、接合部１２に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。
　斜柱部２３、２４は、基部２１、２２に対して斜めに（即ち、Ｙ軸方向に対して斜めに）延伸して基部２１、２２を連結している。ここで、斜柱部２３は、基部２２に連結している端のＹ軸方向の位置が、基部２１に連結している端から＋Ｙ方向にずれているように基部２１、２２に連結されており、斜柱部２４は、基部２１に連結している端のＹ軸方向の位置が、基部２２に連結している端から＋Ｙ方向にずれているように基部２１、２２に連結されている。図９Ｄの構造では、斜柱部２３、２４が互いに交差するように設けられており、斜柱部２３、２４は、その中央において結合している。柱部２５は、基部２１、２２の端から基部２１、２２に対して垂直に延伸して基部２１、２２を連結している。
　図９Ｄに図示されている連結部１３の構造においても、基部２１、２２に対して斜めに延伸して基部２１、２２を連結する斜柱部２３、２４が設けられていることにより、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達することが可能になっている。このような連結部１３の構造は、複合材構造１０、１０Ａの重量を低減しながら、複合材構造１０、１０Ａに作用するせん断荷重を支持するために有効である。
　図１０Ａ～図１０Ｃは、複合材構造１０、１０Ａの内部で板厚方向荷重（即ち、板厚方向（Ｚ軸方向）に作用する荷重）を効率よく伝達するために好適なコルゲートコア３の構造（即ち、コルゲートコア３に設けられている開口４の形状）を示す側面図である。なお、図１０Ａ～図１０Ｃは、コルゲートコア３の連結部１３を図２の矢印Ａの方向に見た場合の構造を示している。図１０Ａ～図１０Ｃにおいても、Ｚ軸方向ではなく、Ｚ’軸方向（Ｙ軸方向に垂直で、且つ、連結部１３に沿った方向）が図示されている。図１０Ａ～図１０Ｃにおける上下方向は、Ｚ’軸方向であることに留意されたい。
　図１０Ａは、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達するためのコルゲートコア３の連結部１３の構造の一例を示す側面図である。図１０Ａの構造においては、連結部１３に、略矩形の開口４がＹ軸方向に並んで設けられている。このような形状の開口４により、連結部１３に、基部２１、２２と、柱部２５、２６とが形成されている。基部２１は、接合部１１に連結しており、接合部１１に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。また、基部２２は、接合部１２に連結しており、接合部１２に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。柱部２５、２６は、基部２１、２２に対して垂直に延伸して基部２１、２２を連結している。ここで、柱部２５は、基部２１、２２の端に連結しており、柱部２６は、基部２１、２２の中間の位置において基部２１、２２に連結している。
　図１０Ａの構造においては、基部２１、２２に垂直に延伸して基部２１、２２を連結する柱部２５、２６が設けられていることにより、複合材構造１０、１０Ａの内部で板厚方向荷重を効率よく伝達することが可能になっている。このような連結部１３の構造は、複合材構造１０、１０Ａの重量を低減しながら、複合材構造１０、１０Ａに作用する板厚方向荷重を支持するために有効である。
　図１０Ｂは、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達するためのコルゲートコア３の連結部１３の構造の他の例を示す側面図である。図１０Ｂの構造においては、連結部１３に、円形の開口４がＹ軸方向に並んで設けられている。このような形状の開口４が設けられることにより、連結部１３に、基部２１、２２と、柱部２７とが形成されている。基部２１は、接合部１１に連結しており、接合部１１に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。また、基部２２は、接合部１２に連結しており、接合部１２に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。柱部２７は、基部２１、２２に対して垂直に延伸して基部２１、２２を連結している。
　図１０Ｂの構造においても、基部２１、２２に垂直に延伸して基部２１、２２を連結する柱部２７が設けられていることにより、複合材構造１０、１０Ａの内部で板厚方向荷重を効率よく伝達することが可能になっている。このような連結部１３の構造は、複合材構造１０、１０Ａの重量を低減しながら、複合材構造１０、１０Ａに作用する板厚方向荷重を支持するために有効である。また、図１０Ｂの構造では、開口４が円形であるために開口４の近傍に応力が集中しにくく、複合材構造１０、１０Ａの強度を向上させることができる。
　図１０Ｃは、複合材構造１０、１０Ａの内部でせん断荷重を効率よく伝達するためのコルゲートコア３の連結部１３の構造の他の例を示す側面図である。図１０Ｃの構造においては、連結部１３に、Ｙ軸方向に垂直な方向に長い長円形（oval）の開口４がＹ軸方向に並んで設けられている。本明細書の「長円形」という用語は、２つの半円形が２本の平行な線分で結合されて構成された図形、及び、楕円（ellipse）の両方を含む意味で用いられている。このような形状の開口４が設けられることにより、連結部１３に、基部２１、２２と、柱部２７とが形成されている。基部２１は、接合部１１に連結しており、接合部１１に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。また、基部２２は、接合部１２に連結しており、接合部１２に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。柱部２７は、基部２１、２２に対して垂直に延伸して基部２１、２２を連結している。
　図１０Ｃの構造においても、基部２１、２２に垂直に延伸して基部２１、２２を連結する柱部２７が設けられていることにより、複合材構造１０、１０Ａの内部で板厚方向荷重を効率よく伝達することが可能になっている。このような連結部１３の構造は、複合材構造１０、１０Ａの重量を低減しながら、複合材構造１０、１０Ａに作用する板厚方向荷重を支持するために有効である。また、図１０Ｃの構造では、開口４が長円形であるために開口４の近傍に応力が集中しにくく、複合材構造１０、１０Ａの強度を向上させることができる。
　図１１は、複合材構造１０、１０Ａの内部で軸方向荷重（即ち、Ｙ軸方向）に作用する荷重）を効率よく伝達するために好適なコルゲートコア３の構造（即ち、コルゲートコア３に設けられている開口４の形状）を示す側面図である。なお、図１１は、コルゲートコア３の連結部１３を図２の矢印Ａの方向に見た場合の構造を示している。図１１においても、Ｚ軸方向ではなく、Ｚ’軸方向（Ｙ軸方向に垂直で、且つ、連結部１３に沿った方向）が図示されている。図１１における上下方向は、Ｚ’軸方向であることに留意されたい。
　図１１の構造においては、連結部１３に、略矩形の開口４が行列をなして（即ち、Ｙ軸方向及びＺ’軸方向に並んで）配置されている。このような形状の開口４が設けられることにより、連結部１３に、基部２１、２２と、柱部２５、２６と、梁部２８とが形成されている。基部２１は、接合部１１に連結しており、接合部１１に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。また、基部２２は、接合部１２に連結しており、接合部１２に沿ってＹ軸方向に延伸するように設けられている。柱部２５、２６は、基部２１、２２に対して垂直に延伸して基部２１、２２を連結している。ここで、柱部２５は、基部２１、２２の端に連結しており、柱部２６は、基部２１、２２の中間の位置において基部２１、２２に連結している。梁部２８は、複合材構造１０、１０Ａの軸方向（即ち、Ｙ軸方向）に延伸して隣接する柱部２５、２６を連結している。
　図１１の構造は、複合材構造１０、１０Ａの軸方向（即ち、Ｙ軸方向）に延伸して隣接する柱部２５、２６を連結する梁部２８が設けられていることにより、複合材構造１０、１０Ａの内部で軸方向荷重を効率よく伝達することが可能になっている。このような連結部１３の構造は、複合材構造１０、１０Ａの重量を低減しながら、複合材構造１０、１０Ａに作用する軸方向荷重を支持するために有効である。
　続いて、本実施形態の複合材構造１０、１０Ａの製造方法について説明する。上述された様々な複合材構造１０、１０Ａについて、面板１、２とコルゲートコア３とは、多様な方法で製造され得る。面板１とコルゲートコア３とは、一体に成形されていてもよいし、また、面板１とコルゲートコア３とが別部材として作製された後で接合されてもよい。同様に、面板２とコルゲートコア３とは、一体に成形されていてもよいし、また、面板２とコルゲートコア３とが別部材として作製された後で接合されてもよい。また、面板１、２とコルゲートコア３の全てが一体に成形されていてもよい。
　一実施形態では、最終的に面板１、２とコルゲートコア３となる中間生成物（intermediate product）がそれぞれ、シート状の又はテープ状のプリプレグで作製され、作製された中間生成物が、コキュア（co-cure）、コボンド（co-bond）、又は、２次接着によって接合されてもよい。
　図１２は、シート状のプリプレグを用いて複合材構造１０を製造する製造方法の一例を示す概念図である。平坦なマンドレル３１の上にシート状のプリプレグ３２が積層され、積層体３３が形成される（図１２（ａ））。後述されるように、積層体３３は、後の工程によってコルゲートコア３に形成される中間生成物である。積層されるプリプレグ３２の数や各プリプレグ３２の繊維方向は、最終的に形成されるコルゲートコア３が適切な強度・剛性を有するように決定される。
　続いて、抜き打ち（punching）や切り抜き（cutting）により、積層体３３に開口４が形成される（図１２（ｂ））。
　続いて、プレス（pressing）や立体裁断（draping）によって積層体３３が、最終的に成形されるコルゲートコア３の形状に成形される（図１２（ｃ））。この時点では、積層体３３は未硬化である。
　続いて、別途に成形された面板１、２とコルゲートコア３とを接合する工程が行われて複合材構造１０の製造が完了する（図１２（ｄ）。面板１、２とコルゲートコア３との接合は、様々な手法で行われ得る。
　面板１、２とコルゲートコア３とは、コキュア（co-cure）によって接合されてもよい。この場合、最終的に面板１、２となる未硬化の部材３４、３５がプリプレグを積層して形成され、積層体３３と共に部材３４、３５を硬化することで、面板１、２とコルゲートコア３とが接合された複合材構造１０が完成する。
　また、面板１、２とコルゲートコア３とは、コボンド（co-bond）によって接合されてもよい。この場合、積層体３３が硬化されてコルゲートコア３が形成される一方で、最終的に面板１、２となる未硬化の部材３４、３５がプリプレグを積層して形成される。硬化後のコルゲートコア３が、接着材を介して未硬化の部材３４、３５に当接された状態で硬化が行われ、これにより、面板１、２とコルゲートコア３とが接合された複合材構造１０が完成する。
　また、面板１、２とコルゲートコア３とは、２次接着によって接合されてもよい。この場合、積層体３３が硬化されてコルゲートコア３が形成される一方で、硬化後の面板１、２が形成される。硬化後のコルゲートコア３が、接着材を介して硬化後の面板１、２に当接された状態で該接着剤の硬化が行われ、これにより、面板１、２とコルゲートコア３とが接合された複合材構造１０が完成する。
　図１３は、テープ状のプリプレグ（プリプレグテープ）を用いて複合材構造１０を製造する製造方法の一例を示す概念図である。平坦なマンドレル３１の上にプリプレグテープ３６が積層され、開口４が形成された積層体３３が形成される（図１３（ａ））。プリプレグテープ３６は、ＡＦＰ（automated fiber placement）技術を用いて積層されても良い。ここで、図１３の製造方法では、プリプレグテープを用いて所望の形状の積層体３３が形成可能なので、抜き打ち（punching）や切り抜き（cutting）によって開口４を形成する必要が無いことに留意されたい。
　続いて、図１２の製造方法と同様に、プレス（pressing）や立体裁断（draping）によって積層体３３が、最終的に成形されるコルゲートコア３の形状に成形され（図１３（ｂ））、更に、面板１、２とコルゲートコア３とを接合する工程が行われる（図１３（ｃ））。図１２の製造方法と同様に、面板１、２とコルゲートコア３とを接合する工程では、コキュア（co-cure）、コボンド（co-bond）、２次接着のいずれを用いても良い。以上の工程により、複合材構造１０が完成する。
　一方、図１４は、ドライプリフォームに樹脂を含浸させるＲＴＭ（resin transfer molding）技術を用いて複合材構造１０を製造する製造方法を示す概念図である。
　まず、開口４を有するドライプリフォーム４１が用意される（図１４（ａ））。開口４を有するドライプリフォーム４１は、平板状のドライプリフォームに抜き打ち（punching）や切り抜き（cutting）によって開口４を形成することで形成しても良い。
　続いて、ＲＴＭによってドライプリフォーム４１に樹脂を含浸させることで、コルゲートコア３が形成される（図１４（ｂ））。詳細には、マンドレル４２、４３にドライプリフォーム４１を挟んだ状態で樹脂が含浸され、更に、所望の温度で該樹脂が硬化される。これにより、硬化されたコルゲートコア３が完成する。
　続いて、別途に成形された面板１、２とコルゲートコア３とを接合する工程が行われて複合材構造１０の製造が完了する（図１４（ｃ）。面板１、２とコルゲートコア３との接合は、様々な手法で行われ得る。
　面板１、２とコルゲートコア３とは、コボンド（co-bond）によって接合されてもよい。この場合、最終的に面板１、２となる未硬化の部材３４、３５がプリプレグを積層して形成され、更に、硬化後のコルゲートコア３が、接着材を介して未硬化の部材３４、３５に当接された状態で硬化が行われる。これにより、面板１、２とコルゲートコア３とが接合された複合材構造１０が完成する。
　また、面板１、２とコルゲートコア３とは、２次接着によって接合されてもよい。この場合、硬化後の面板１、２が用意され、更に、硬化後のコルゲートコア３が、接着材を介して硬化後の面板１、２に当接された状態で該接着剤の硬化が行われる。これにより、面板１、２とコルゲートコア３とが接合された複合材構造１０が完成する。
　なお、面板２がない複合材構造１０Ａの製造は、上述の製造方法において、コルゲートコア３に面板２を接合しないことで実現可能であることは、当業者には容易に理解されよう。
　以上には、本発明の様々な実施形態が具体的に記述されているが、本発明は、上述の実施形態に限定されない。本発明が、様々な変更と共に実施され得ることは、当業者には自明的であろう。
１、２　　　：面板
１ａ、２ａ：内側表面
１ｂ、２ｂ：外側表面
３　　　：コルゲートコア
４、４ａ～４ｄ：開口
１０、１０Ａ：複合材構造
１１、１２：接合部
１３　　：連結部
１４、１５：空間
１７、１８：側面
２１、２２：基部
２３、２４：斜柱部
２５、２６、２７：柱部
２８　　：梁部
３１　　：マンドレル
３２　　：プリプレグ
３３　　：積層体
３４、３５：部材
３６　　：プリプレグテープ
４１　　：ドライプリフォーム
４２、４３：マンドレル

Claims (8)

  1. 　第１面板と、
    　前記第１面板に接合されたコルゲートコア
    とを具備し、
    　前記コルゲートコアが少なくとも一の開口を有している
    　複合材構造。
  2. 　請求項１に記載の複合材構造であって、
    　更に、
    　前記第１面板に対向する第２面板を具備し、
    　前記コルゲートコアが、前記第１面板と前記第２面板の間に接合されている
    　複合材構造。
  3. 　請求項１又は２に記載の複合材構造であって、
    　前記少なくとも一の開口は、複数の開口を含み、
    　前記コルゲートコアに前記複数の開口が形成されることで前記コルゲートコアにトラス構造が形成されている
    　複合材構造。
  4. 　請求項２に記載の複合材構造であって、
    　前記コルゲートコアが、
    　　前記第１面板に接合され、前記第１面板に沿った第１方向に延伸する第１接合部と、
    　　前記第２面板に接合され、前記第１方向に延伸する第２接合部と、
    　　前記第１接合部と前記第２接合部との間に連結され、前記第１方向に延伸する連結部
    とを備え、
    　前記コルゲートコアは、前記第２接合部と前記連結部と前記第１面板に囲まれた第１空間が前記第１方向に延伸し、前記第１接合部と前記連結部と前記第２面板に囲まれた第２空間が前記第１方向に延伸し、且つ、前記第１空間と前記第２空間とが前記第１方向とは異なる前記第１面板に沿った第２方向において交互に並んで配置されるような形状を有しており、
    　前記少なくとも一の開口は、前記連結部に設けられた
    　複合材構造。
  5. 　請求項４に記載の複合材構造であって、
    　前記少なくとも一の開口は、前記第２方向に並んで配置された複数の開口を含み、
    　前記コルゲートコアは、
    　　前記第１接合部に連結し、前記第１方向に延伸する第１基部と、
    　　前記第２接合部に連結し、前記第１方向に延伸する第２基部と、
    　　前記第１方向に対して斜めに延伸して前記第１基部と前記第２基部を連結する第１斜柱部と、
    　　前記第１方向に対して斜めに延伸して前記第１基部と前記第２基部を連結する第２斜柱部
    とを備え、
    　前記第１斜柱部が前記第２基部に連結している位置は、前記第１斜柱部が前記第１基部に連結している位置に対して前記第１方向にずれており、
    　前記第２斜柱部が前記第１基部に連結している位置は、前記第２斜柱部が前記第２基部に連結している位置に対して前記第１方向にずれている
    　複合材構造。
  6. 　請求項１又は２に記載の複合材構造であって、
    　前記少なくとも一の開口は、円形である
    　複合材構造。
  7. 　請求項１又は２に記載の複合材構造であって、
    　前記少なくとも一の開口は、長円形である
    　複合材構造。
  8. 　請求項２に記載の複合材構造を備え、前記第１面板と前記第２面板の間に液体を保持する
    　液体タンク。
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