WO2021140861A1 - 接合構造体及び接合構造体の製造方法 - Google Patents

接合構造体及び接合構造体の製造方法 Download PDF

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WO2021140861A1
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raised portion
joint structure
plate
reinforcing material
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司 勝俣
清嘉 ▲高▼木
直昭 藤原
宗太 加茂
功介 岡
一輝 大橋
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a joint structure having a reinforcing portion and a method for manufacturing the joint structure.
  • an aircraft wing in which a stringer is attached to an outer plate is known (see, for example, Patent Document 1).
  • the outer plate is formed in a flat plate shape, and the stringers are joined so as to project from the surface of the flat plate-shaped outer plate.
  • the joint structure of the present disclosure is a joint structure having a reinforcing portion formed by joining a composite material and a reinforcing material via an adhesive, and the composite material is formed by laminating a plurality of fiber sheets.
  • the plate portion and the raised portion formed by further laminating the fiber sheet on the plate portion are included, and the surface of the plate portion and the raised portion is covered with a single fiber sheet.
  • the reinforcing portion includes the raised portion and the reinforcing material adhered to the raised portion via an adhesive, and has a first boundary between the plate portion and the raised portion and the raised portion.
  • the second boundary between the portion and the reinforcing material is at a different position in the in-plane direction of the laminating interface of the fiber sheets to be laminated.
  • the method for producing a bonded structure of the present disclosure includes a plate portion formed by laminating a plurality of fiber sheets, and a raised portion formed by further laminating the fiber sheet on the plate portion.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the joint structure according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the joint structure according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a laminated structure of the joined structure according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart relating to the manufacturing method of the joined structure according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram comparing the peel stresses of the conventional joint structure and the joint structure of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing the performance of the joint strength between the conventional joint structure and the joint structure of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the thickness of the pad-up portion and the ease of peeling.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a laminated structure of the joined structure according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the joint structure according to the third embodiment.
  • the joining structure 1 according to the first embodiment is, for example, one in which aircraft parts are joined to each other by using an adhesive. Further, the joint structure 1 is formed by joining composite materials to each other, and the composite material is a laminated body obtained by laminating and curing fiber sheets S.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the joint structure according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the joint structure according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a laminated structure of the joined structure according to the first embodiment.
  • the joint structure 1 includes, for example, an outer plate 5 and a stringer 6 as a reinforcing material, and the outer plate 5 and the stringer 6 are joined to each other. That is, the joint structure 1 is an outer plate 5 reinforced by the stringer 6.
  • the joint structure 1 is not particularly limited to the one in which the outer plate 5 and the stringer 6 are joined.
  • the joint structure 1 may have any structure as long as it is a composite material in which composite materials are joined to each other and is reinforced.
  • the material used for the reinforcing material such as the stringer 6 may be a composite material or a metal material, and is not particularly limited.
  • the outer plate 5 is a laminated body in which a plurality of fiber sheets S are laminated.
  • the outer plate 5 is, for example, a composite material in which a plurality of prepregs as fiber sheets S are laminated and thermoset.
  • the outer plate 5 has a plate portion 8 and a pad-up portion (raised portion) 10.
  • the plate portion 8 and the pad-up portion 10 are integrally formed by laminating a plurality of fiber sheets S.
  • the plate portion 8 is the main part of the outer plate 5.
  • One surface (lower surface of FIG. 1) of the plate portion 8 is the outer surface, and the other surface (upper surface of FIG. 1) is the inner surface.
  • the plate portion 8 shown in FIG. 1 has, for example, a flat plate shape.
  • the plate portion 8 may be a flat plate having no contour (not curved) or a flat plate having contour (curved).
  • the pad-up portion 10 is a portion formed by being raised with respect to the inner surface of the plate portion 8.
  • the pad-up portion 10 is a portion that constitutes a part of the reinforcing portion 9 of the joint structure 1. Further, the pad-up portion 10 is a portion to which the stringer 6 is adhered, and is provided on the entire surface of the surface to be adhered to which the stringer 6 is adhered.
  • the pad-up portion 10 has, for example, a trapezoidal cross-section in which the height increases from the edge portion (one side in the in-plane direction) toward the central portion and becomes flat at the central portion. Specifically, as shown in FIGS.
  • the pad-up portion 10 has a first inclined surface 21 formed at the edge portion and a flat surface 22 connected to the first inclined surface 21.
  • the boundary between the plate portion 8 and the pad-up portion 10 is set as the first boundary
  • the boundary between the pad-up portion 10 and the stringer 6 joined to the pad-up portion 10 is set as the second boundary.
  • the first inclined surface 21 is an inclined surface that becomes an ascending slope in which the plate thickness increases from the first boundary to the second boundary.
  • the flat surface 22 is a surface extending in the in-plane direction parallel to the laminated interface of the fiber sheet S from the second boundary.
  • the direction parallel to the stacking interface is defined as the in-plane direction
  • the direction orthogonal to the stacking interface is defined as the plate thickness direction.
  • the plate portion 8 since the plate portion 8 has a constant plate thickness in the plate thickness direction, the number of laminated fiber sheets in the plate portion 8 is constant.
  • the pad-up portion 10 and the plate portion 8 of the outer plate 5 are integrated, the plate thickness of the outer plate 5 in the plate thickness direction increases from the first boundary to the second boundary.
  • the number of laminated fiber sheets S in the pad-up portion 10 increases from the first boundary to the second boundary.
  • the inner surfaces of the plate portion 8 and the pad-up portion 10 are covered with a single fiber sheet Sa. That is, since the inner surface of the outer plate 5 is covered with the fiber sheet Sa, the outer plate 5 has a laminated structure in which the end portion of the fiber sheet S in the inner layer is not exposed.
  • the stringer 6 is a laminated body in which a plurality of fiber sheets S are laminated, similarly to the outer plate 5. It is a member that constitutes a part of the reinforcing portion 9 of the joint structure 1.
  • the stringer 6 is, for example, a composite material in which a plurality of prepregs as fiber sheets S are laminated and thermoset. As shown in FIG. 1, the stringer 6 has, for example, two flange portions and a web portion provided between the two flange portions, and the two flange portions and the web portion form an H-shaped cross section. ing. As shown in FIGS. 2 and 3, in the stringer 6, one of the two flange portions 25 is joined to the pad-up portion 10.
  • the stringer 6 is not particularly limited to the cross section H shape, and may have a cross section C shape, a cross section T shape, a cross section L shape, or a cross section J shape.
  • One flange portion 25 has a bottom surface 28 facing the flat surface 22 of the pad-up portion 10 and a second inclined surface 29 which is an ascending slope from the second boundary.
  • the second inclined surface 29 is an inclined surface that becomes an ascending slope in which the plate thickness increases from the second boundary portion, which is the edge portion, toward the central portion.
  • the bottom surface 28 is a surface extending in the in-plane direction parallel to the laminated interface of the fiber sheet S from the second boundary.
  • the laminated structure of one flange portion 25 of the stringer 6 will be described. Since the plate thickness of the flange portion 25 in the plate thickness direction increases from the second boundary toward the central portion, the number of laminated fiber sheets S at the flange portion 25 increases from the second boundary toward the central portion. At this time, the flange portion 25 has a second inclined surface 29 covered with a single fiber sheet Sb, similarly to the outer plate 5. That is, since the second inclined surface 29 of the flange portion 25 is covered with the fiber sheet Sb, it has a laminated structure in which the end portion of the fiber sheet S in the inner layer is not exposed.
  • the flat surface 22 of the pad-up portion 10 of the outer plate 5 and the bottom surface 28 of the flange portion 25 of the stringer 6 are bonded surfaces to be adhered by an adhesive.
  • the outer plate 5 and the stringer 6 become a joint structure 1 by adhering the flat surface 22 of the pad-up portion 10 and the bottom surface 28 of the flange portion 25 via the adhesive 7.
  • the first inclined surface 21 and the second inclined surface 29 have the same inclination angle in the out-of-plane direction intersecting the in-plane direction, and are continuous surfaces without steps.
  • the first inclined surface 21 and the second inclined surface 29 may have different inclination angles, and the inclination angle is not particularly limited to the same angle.
  • the joined pad-up portion 10 and the stringer 6 function as the reinforcing portion 9. Then, in the joint structure 1, the first boundary between the plate portion 8 and the reinforcing portion 9 (the pad-up portion 10) and the second boundary between the pad-up portion 10 and the flange portion 25 of the stringer 6 are in-plane. It is in a different position in the direction.
  • FIG. 4 is a flowchart relating to the manufacturing method of the joined structure according to the first embodiment.
  • the outer plate 5 in which the plate portion 8 and the pad-up portion 10 are integrated is formed, and the formed outer plate 5 is arranged (step S1).
  • the stringer 6 to be joined to the pad-up portion 10 is molded, and the molded stringer 6 is placed (step S2).
  • an adhesive 7 such as an adhesive sheet is placed between the pad-up portion 10 of the outer plate 5 and the stringer 6 (step S2), and the adhesive 7 is cured to bring the outer plate 5 and the stringer 6 together.
  • the joined structure is formed (step S3).
  • FIG. 5 is a diagram comparing the peel stresses of the conventional joint structure and the joint structure of the first embodiment.
  • the horizontal axis thereof is the position in the in-plane direction
  • the vertical axis thereof is the peel stress applied to the surface layer (the outermost layer of the inner surface).
  • the conventional joint structure includes an outer plate 5 and a stringer 6, and the outer plate 5 corresponds to the plate portion 8 of the first embodiment, and the stringer 6 corresponds to the reinforcing portion 9 of the first embodiment. It is composed. That is, in the conventional joint structure, the stringer 6 which is a separate body corresponding to the reinforcing portion 9 is joined to the outer plate 5. On the other hand, in the joint structure 1 of the first embodiment, the stringer 6 forming a part of the reinforcing portion 9 is joined to the outer plate 5 having the pad-up portion 10 forming a part of the reinforcing portion 9. It has been done.
  • the first boundary which is the boundary between the outer plate 5 (plate portion 8) and the reinforcing portion 9
  • the second boundary which is the boundary between the outer plate 5 and the stringer 6
  • the first boundary between the plate portion 8 and the reinforcing portion 9 (the pad-up portion 10), and the pad-up portion 10 and the flange portion 25 of the stringer 6 are connected to each other.
  • the two boundaries are at different positions in the in-plane direction.
  • peel stress is concentrated on the first boundary between the outer plate 5 (plate portion 8) and the reinforcing portion 9 in the joint structure 1.
  • the peel stress is a tensile stress in the out-of-plane direction. Therefore, in the conventional joint structure, since the first boundary and the second boundary are at the same position, a large peel stress is applied to the bonding interface between the outer plate 5 and the stringer 6.
  • the peel stress applied to the bonding interface between the outer plate 5 and the stringer 6 is higher than that of the conventional one. It can be reduced.
  • FIG. 6 is a diagram showing the performance of the joint strength between the conventional joint structure and the joint structure of the first embodiment.
  • the vertical axis of FIG. 6 is the initial fracture load of the conventional joint structure and the joint structure 1 of the first embodiment. If the peel stress at the bonding interface is high, the bonding interface is likely to be fractured, so that the bonding strength is reduced and the initial fracture load of the bonding structure 1 becomes a small value. That is, the larger the initial fracture load, the higher the performance of the joint strength.
  • the joint structure 1 of the first embodiment has an initial fracture load about three times that of the conventional joint structure, and it has been confirmed that the performance of the joint strength is improved.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the plate thickness of the pad-up portion and the ease of peeling.
  • the plate thickness of the pad-up portion 10 is T 1
  • the plate thickness of the flange portion 25 is T 2 .
  • the total plate thickness at the bonded portion is plate thickness T 1 + plate thickness T 2
  • the vertical axis thereof is the stress intensity factor of the crack tip of the adhesive portion, which is a parameter related to the ease of peeling.
  • the horizontal axis thereof is the pad thickness ratio PR.
  • the stress intensity factor decreases as the ratio of the plate thickness of the pad-up portion 10 increases.
  • the change in the stress intensity factor due to the change in the plate thickness ratio of the pad-up portion 10 that is, the sensitivity of the stress intensity factor is large when the plate thickness ratio of the pad-up portion 10 is small, and the pad-up portion 10 It becomes small when the ratio of the plate thickness of is large.
  • the change D1 of the coefficient is larger than the change D2 of the stress intensity factor in the range where the pad thickness ratio PR is in the range of 50% to 100%. From the above, it was confirmed that by setting the plate thickness of the pad-up portion 10 to be equal to or less than the plate thickness of the flange portion 25, it is possible to efficiently make a configuration that is difficult to peel off due to a small change in the plate thickness of the pad-up portion 10.
  • the first boundary and the second boundary can be located at different positions in the in-plane direction, the peel stress applied to the bonding interface between the outer plate 5 and the stringer 6 is reduced. As a result, the joint strength between the outer plate 5 and the stringer 6 can be improved.
  • the pad-up portion 10 is provided on the entire surface of the adhered surface to which the stringer 6 is adhered, the flat surface and the flange portion 25 of the pad-up portion 10 to be adhered are provided.
  • the bottom surface 28 of the above can be made into a simple shape.
  • the first inclined surface 21 and the second inclined surface 29 can be formed as continuous surfaces without steps, the shape change at the second boundary can be suppressed, so that the concentration of peel stress is relaxed. be able to.
  • the plate thickness T 1 of the pad-up portion 10 is set to be equal to or less than the plate thickness T 2 of the flange portion 25, it is difficult to peel off due to a small change in the plate thickness of the pad-up portion 10. Can be done efficiently.
  • the joint structure 1 having a high joint strength between the outer plate 5 and the stringer 6 can be easily manufactured.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a laminated structure of the joined structure according to the second embodiment.
  • the joint structure 1 of the second embodiment is formed by adhering the flange portion 25 of the joint structure 1 of the first embodiment so that a part of the flat surface 22 of the pad-up portion 10 is exposed.
  • the flange portion 25 is offset so as to be separated from the intersection of the first inclined surface 21 and the flat surface 22 of the pad-up portion 10 in the in-plane direction, and is adhered to the pad-up portion 10. Therefore, the pad-up portion 10 and the flange portion 25 have a stepped shape in which a step is formed.
  • the positions of the pad-up portion 10 and the flange portion 25 can be adhered to each other.
  • the alignment can be facilitated, and the efficiency of the bonding work can be improved.
  • the position of the flange portion 25 can be offset with respect to the flat surface 22 of the pad-up portion 10, it is possible to absorb (allow) the assembly tolerance of the joint structure 1.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the joint structure according to the third embodiment.
  • the pad-up portion 10 of the joint structure 1 of the first embodiment is formed at the edge of the surface to be adhered to which the stringer 6 is adhered.
  • the pad-up portion 31 of the joint structure 30 is provided only on the tip side portion of the flange portion 25 to be bonded. Therefore, the area inside the pad-up portion 31 is a plate portion 8 in which the pad-up portion 31 is not integrally provided.
  • the pad-up portion 31 has, for example, a trapezoidal cross-section in which the height increases from the edge portion to the central portion, then becomes flat, and the height further decreases. Specifically, as shown in FIG.
  • the pad-up portion 31 is connected to the first inclined surface 21 formed on the edge portion (one side in the in-plane direction / the left side in FIG. 9) and the first inclined surface 21. It has a flat surface 22 and a third inclined surface 33 formed on the other side in the in-plane direction (right side in FIG. 9) and connected to the flat surface 22. Since the first inclined surface 21 and the flat surface 22 are substantially the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
  • the third inclined surface 33 is an inclined surface that becomes a downward slope in which the plate thickness decreases from the flat surface 22 toward the other side in the in-plane direction.
  • the adhesive area can be increased by forming the pad-up portion 31 only on the edge portion of the surface to be adhered, so that the outer plate 5 and the stringer 6 are joined.
  • the strength can be increased. Further, it is possible to secure the thickness of the flange portion 25 of the stringer 6 while reducing the peel stress.
  • the joining structures 1 and 30 have a joining structure having a reinforcing portion 9 formed by joining a composite material (outer plate 5) and a reinforcing material (stringer 6) via an adhesive 7.
  • the composite material has a plate portion 8 formed by laminating a plurality of fiber sheets S and a raised portion (pad) formed by further laminating the fiber sheet S on the plate portion 8.
  • the surface of the plate portion 8 and the raised portion is covered with a single fiber sheet Sa, and the reinforcing portion 9 includes the raised portion 10) and the raised portion and the raised portion.
  • the first boundary between the plate portion 8 and the raised portion and the second boundary between the raised portion and the reinforcing material are laminated, including the reinforcing material adhered to the above via an adhesive 7.
  • the fiber sheets S are located at different positions in the in-plane direction of the laminated interface.
  • the first boundary and the second boundary can be located at different positions in the in-plane direction, so that the peel stress applied to the bonding interface between the composite material and the reinforcing material can be reduced, thereby reducing the peel stress applied to the composite material. It is possible to improve the joint strength between the material and the reinforcing material.
  • the raised portion is provided on the entire surface of the surface to be adhered to which the reinforcing material is adhered to the composite material.
  • the raised portion is provided on the entire surface of the adhered surface to which the reinforcing material is adhered, the raised portion and the adhered surface of the reinforcing material can have a simple shape.
  • the raised portion is provided at the edge of the surface to be adhered to which the reinforcing material is adhered to the composite material.
  • the bonding area can be increased by forming the raised portion only on the edge portion of the surface to be bonded, so that the bonding strength between the composite material and the reinforcing material can be increased.
  • the raised portion has a first inclined surface 21 which becomes an ascending slope from the first boundary to the second boundary, and the reinforcing material becomes an ascending slope from the second boundary. It has a second inclined surface 29, and the raised portion and the reinforcing material are adhered so as to form a surface in which the first inclined surface 21 and the second inclined surface 29 are connected to each other.
  • first inclined surface 21 and the second inclined surface 29 can be formed as continuous surfaces without steps, the shape change at the second boundary can be suppressed, and the concentration of peel stress can be relaxed. ..
  • the raised portion is in-plane parallel to the first inclined surface 21 which becomes an ascending slope from the first boundary to the second boundary and the laminated interface of the fiber sheet from the second boundary. It has a flat surface 22 extending in the direction, and the reinforcing material is adhered to the flat surface 22 by partially exposing the flat surface 22 of the raised portion.
  • the thickness of the raised portion (plate thickness T 1 ) is equal to or less than the thickness of the portion of the reinforcing material adhered to the raised portion (plate thickness T 2).
  • the thickness of the raised portion less than or equal to the thickness of the reinforcing material portion, it is possible to efficiently make a configuration that is difficult to peel off due to a change in the plate thickness with few raised portions.
  • the method for manufacturing the bonded structures 1 and 30 according to the seventh aspect is formed by further laminating a plate portion 8 formed by laminating a plurality of fiber sheets S and the fiber sheet S on the plate portion 8.
  • a step of forming the reinforcing material and a step of joining the raised portion of the composite material and the reinforcing material via an adhesive 7 to form the joint structures 1 and 30 are provided.
  • the joint structure 1 having high joint strength between the composite material and the reinforcing material can be easily manufactured.

Abstract

複合材と補強材とを接着剤を介して接合することで形成される補強部を有する接合構造体において、複合材は、繊維シートを複数積層して形成される板部と、板部に対して繊維シートをさらに積層して形成される隆起部と、を含み、板部と隆起部とは、その表面が単一の繊維シートにより被覆されており、補強部は、隆起部と、隆起部に接着剤を介して接着される補強材と、を含み、板部と隆起部との第１境界と、隆起部と補強材との第２境界とは、積層される繊維シートの積層界面の面内方向において、異なる位置となっている。

Description

接合構造体及び接合構造体の製造方法
　本開示は、補強部を有する接合構造体及び接合構造体の製造方法に関するものである。
　従来、補強部を有する接合構造体として、外板にストリンガを貼り付けた航空機翼が知られている（例えば、特許文献１参照）。外板は、平板形状に形成されており、ストリンガは、平板形状の外板表面から突出させて接合されている。
特開２０１８－６５５５３号公報
　しかしながら、特許文献１に示すような接合構造体には、荷重が与えられる。この荷重により、形状が変化する外板とストリンガとの境界部分に応力が集中する。これにより、外板とストリンガとが引き剥がされる方向に大きな応力（ピール応力）が加わってしまう。このため、外板とストリンガとの境界部分は、大きなピール応力に耐え得る構造とする必要があり、境界部分における重量増加を招いてしまう。
　そこで、本開示は、接合強度の向上を図ることができる接合構造体及び接合構造体の製造方法を提供することを課題とする。
　本開示の接合構造体は、複合材と補強材とを接着剤を介して接合することで形成される補強部を有する接合構造体において、前記複合材は、繊維シートを複数積層して形成される板部と、前記板部に対して前記繊維シートをさらに積層して形成される隆起部と、を含み、前記板部と前記隆起部とは、その表面が単一の前記繊維シートにより被覆されており、前記補強部は、前記隆起部と、前記隆起部に接着剤を介して接着される前記補強材と、を含み、前記板部と前記隆起部との第１境界と、前記隆起部と前記補強材との第２境界とは、積層される前記繊維シートの積層界面の面内方向において、異なる位置となっている。
　本開示の接合構造体の製造方法は、繊維シートを複数積層して形成される板部と、前記板部に対して前記繊維シートをさらに積層して形成される隆起部と、を含み、前記板部と前記隆起部との表面が単一の前記繊維シートで被覆された複合材を成形するステップと、前記複合材の前記隆起部に接合される補強材を成形するステップと、前記複合材の前記隆起部と前記補強材とを接着剤を介して接合して接合構造体を形成するステップと、を備える。
　本開示によれば、補強部における接合強度の向上を図ることができる。
図１は、実施形態１に係る接合構造体を模式的に表した斜視図である。 図２は、実施形態１に係る接合構造体を模式的に表した断面図である。 図３は、実施形態１に係る接合構造体の積層構造を表した断面図である。 図４は、実施形態１に係る接合構造体の製造方法に関するフローチャートである。 図５は、従来の接合構造体と実施形態１の接合構造体とのピール応力を比較した図である。 図６は、従来の接合構造体と実施形態１の接合構造体との接合強度の性能を示す図である。 図７は、パッドアップ部の厚さと引き剥がし易さとの関係を示すグラフである。 図８は、実施形態２に係る接合構造体の積層構造を表した断面図である。 図９は、実施形態３に係る接合構造体を模式的に表した断面図である。
　以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。
［実施形態１］
　実施形態１に係る接合構造体１は、例えば、接着剤を用いて航空機の部品同士を接合したものとなっている。また、接合構造体１は、複合材同士を接合しており、複合材としては、繊維シートＳを積層して硬化させた積層体となっている。
　図１は、実施形態１に係る接合構造体を模式的に表した斜視図である。図２は、実施形態１に係る接合構造体を模式的に表した断面図である。図３は、実施形態１に係る接合構造体の積層構造を表した断面図である。
（接合構造体）
　図１に示すように、接合構造体１は、例えば、外板５と、補強材としてのストリンガ６と、を備えており、外板５とストリンガ６とを接合したものとなっている。つまり、接合構造体１は、ストリンガ６により補強された外板５となっている。なお、接合構造体１は、外板５とストリンガ６とを接合したものに、特に限定されない。接合構造体１は、複合材同士を接合したものであって、補強された複合材であれば、いずれの構成であってもよい。また、接合構造体１において、ストリンガ６等の補強材に用いられる材料は、複合材であってもよいし、金属材料であってもよく、特に限定されない。
　外板５は、複数の繊維シートＳが積層された積層体である。外板５は、例えば、繊維シートＳとしてのプリプレグを複数積層して熱硬化させた複合材である。図２及び図３に示すように、外板５は、板部８と、パッドアップ部（隆起部）１０と、を有している。外板５は、複数の繊維シートＳが積層されることで、板部８とパッドアップ部１０とが一体に成形されている。
　板部８は、外板５の主体となる部位である。板部８は、一方の面（図１の下側の面）が外表面となっており、他方の面（図１の上側の面）が内表面となっている。図１に示す板部８は、例えば、平板形状となっている。なお、板部８は、コンターを有しない（湾曲しない）平板であってもよいし、コンターを有する（湾曲する）平板であってもよい。
　パッドアップ部１０は、板部８の内面に対して、盛り上がって形成される部位である。パッドアップ部１０は、接合構造体１の補強部９の一部を構成する部位となっている。また、パッドアップ部１０は、ストリンガ６が接着される部位となっており、ストリンガ６が接着される被接着面の全面に設けられている。パッドアップ部１０は、例えば、縁部（面内方向の一方側）から中央部に向かって高さが高くなり、中央部において平坦となる断面台形形状となっている。具体的に、図２及び図３に示すように、パッドアップ部１０は、縁部に形成される第１傾斜面２１と、第１傾斜面２１に連なる平坦面２２とを有している。ここで、板部８とパッドアップ部１０との境界を第１境界とし、パッドアップ部１０とパッドアップ部１０に接合されるストリンガ６との境界を第２境界とする。第１傾斜面２１は、第１境界から第２境界へ向かって板厚が厚くなる上り斜面となる傾斜面である。平坦面２２は、第２境界から繊維シートＳの積層界面と平行な面内方向に広がる面である。
　図３を参照し、外板５の積層構造について説明する。ここで、積層界面と平行な方向を面内方向とし、積層界面に直交する方向を板厚方向とする。外板５において、板部８は、板厚方向における板厚が一定となっているため、板部８における繊維シートの積層数は、一定となっている。一方、外板５は、パッドアップ部１０と板部８とが一体となっていることから、外板５の板厚方向における板厚が第１境界から第２境界へ向かって厚くなるため、パッドアップ部１０における繊維シートＳの積層数は、第１境界から第２境界へ向かって増えていく。このとき、板部８とパッドアップ部１０とは、その内表面が単一の繊維シートＳａにより被覆されている。つまり、外板５の内表面は、繊維シートＳａにより被覆されていることから、外板５は、内層の繊維シートＳの端部が露出しない積層構造となっている。
　ストリンガ６は、外板５と同様に、複数の繊維シートＳが積層された積層体である。接合構造体１の補強部９の一部を構成する部材となっている。ストリンガ６は、例えば、繊維シートＳとしてのプリプレグを複数積層して熱硬化させた複合材である。図１に示すように、ストリンガ６は、例えば、２つのフランジ部と、２つのフランジ部の間に設けられるウェブ部とを有し、２つのフランジ部とウェブ部とにより断面Ｈ形状に形成されている。図２及び図３に示すように、ストリンガ６は、２つのフランジ部のうち、一方のフランジ部２５がパッドアップ部１０に接合されている。なお、ストリンガ６は、断面Ｈ形状に特に限定されず、断面Ｃ形状、断面Ｔ形状、断面Ｌ形状または断面Ｊ形状であってもよい。
　一方のフランジ部２５は、パッドアップ部１０の平坦面２２に対向する底面２８と、第２境界から上り斜面となる第２傾斜面２９と、を有している。第２傾斜面２９は、縁部となる第２境界から中央部へ向かって板厚が厚くなる上り斜面となる傾斜面である。底面２８は、第２境界から繊維シートＳの積層界面と平行な面内方向に広がる面である。
　図３を参照し、ストリンガ６の一方のフランジ部２５における積層構造について説明する。フランジ部２５は、板厚方向における板厚が第２境界から中央部へ向かって厚くなるため、フランジ部２５における繊維シートＳの積層数は、第２境界から中央部へ向かって増えていく。このとき、フランジ部２５は、外板５と同様に、第２傾斜面２９が単一の繊維シートＳｂにより被覆されている。つまり、フランジ部２５の第２傾斜面２９は、繊維シートＳｂにより被覆されていることから、内層の繊維シートＳの端部が露出しない積層構造となっている。
　外板５のパッドアップ部１０の平坦面２２と、ストリンガ６のフランジ部２５の底面２８とは、接着剤により接着される被接着面となっている。外板５とストリンガ６とは、接着剤７を介してパッドアップ部１０の平坦面２２とフランジ部２５の底面２８とが接着されることで、接合構造体１となる。また、第１傾斜面２１と第２傾斜面２９とは、面内方向に対して交差する面外方向の傾斜角度が同じ角度となっており、段差のない連なる面となっている。なお、第１傾斜面２１と第２傾斜面２９とは、傾斜角度が異なる角度であってもよく、同じ角度であることに特に限定されない。
　上記のような接合構造体１は、接合されたパッドアップ部１０とストリンガ６とが補強部９として機能する。そして、接合構造体１は、板部８と補強部９（のパッドアップ部１０）との第１境界と、パッドアップ部１０とストリンガ６のフランジ部２５との第２境界とが、面内方向において異なる位置となっている。
（接合構造体の製造方法）
　次に、図４を参照して、接合構造体１の製造方法について説明する。図４は、実施形態１に係る接合構造体の製造方法に関するフローチャートである。接合構造体１の製造方法では、板部８とパッドアップ部１０とが一体となった外板５を成形し、成形した外板５を配置する（ステップＳ１）。続いて、パッドアップ部１０に接合されるストリンガ６を成形し、成形したストリンガ６を配置する（ステップＳ２）。そして、外板５のパッドアップ部１０とストリンガ６との間に接着シート等の接着剤７を配置して（ステップＳ２）、接着剤７を硬化させることで、外板５とストリンガ６とが接合された接合構造体を形成する（ステップＳ３）。
（従来の接合構造体と実施形態１の接合構造体との比較）
　次に、図５を参照して、従来の接合構造体と実施形態１の接合構造体１とに与えられるピール応力について比較する。図５は、従来の接合構造体と実施形態１の接合構造体とのピール応力を比較した図である。図５は、その横軸が、面内方向における位置となっており、その縦軸が、表層（内表面の最外層）に与えられるピール応力となっている。
　従来の接合構造体は、外板５とストリンガ６とを備え、外板５が実施形態１の板部８に相当する構成となっており、ストリンガ６が実施形態１の補強部９に相当する構成となっている。つまり、従来の接合構造体は、外板５に対して、補強部９に相当する別体となるストリンガ６が接合されたものとなっている。これに対して、実施形態１の接合構造体１は、補強部９の一部を構成するパッドアップ部１０を有する外板５に対して、補強部９の一部を構成するストリンガ６が接合されたものとなっている。
　従来の接合構造体は、外板５（板部８）と補強部９との境界である第１境界と、外板５とストリンガ６との境界である第２境界とが、面内方向において同じ位置となっている。これに対して、実施形態１の接合構造体１は、板部８と補強部９（のパッドアップ部１０）との第１境界と、パッドアップ部１０とストリンガ６のフランジ部２５との第２境界とが、面内方向において異なる位置となっている。
　図５に示すように、接合構造体１には、外板５（板部８）と補強部９との第１境界にピール応力が集中する。なお、ピール応力は、面外方向における引張応力である。このため、従来の接合構造体は、第１境界と第２境界とが同じ位置であることから、外板５とストリンガ６との接着界面に大きなピール応力が与えられる。一方で、実施形態１の接合構造体１は、第１境界と第２境界とが異なる位置であることから、外板５とストリンガ６との接着界面に与えられるピール応力を従来に比して低減させることができる。
　図６は、従来の接合構造体と実施形態１の接合構造体との接合強度の性能を示す図である。図６の縦軸は、従来の接合構造体及び実施形態１の接合構造体１の初期破壊荷重である。接着界面のピール応力が高いと、接着界面に破壊が発生しやすい為に接合強度が低下し、接合構造体１の初期破壊荷重が小さい値となる。つまり、初期破壊荷重が大きいほど、接合強度の性能が高いものとなっている。図６に示すように、実施形態１の接合構造体１は、従来の接合構造体に比して、約３倍の初期破壊荷重となっており、接合強度の性能向上が確認された。
（接合構造体のパッドアップ部の板厚）
　次に、図７を参照して、実施形態１の接合構造体１におけるパッドアップ部１０の板厚について説明する。図７は、パッドアップ部の板厚と引き剥がし易さとの関係を示すグラフである。図３に示すように、パッドアップ部１０の板厚を、Ｔ１とし、フランジ部２５の板厚を、Ｔ２とする。この場合、接着部分における総板厚は、板厚Ｔ１＋板厚Ｔ２となり、総板厚に対するパッドアップ部１０の板厚の割合であるパッド厚比ＰＲは、ＰＲ＝Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）となる。図７は、その縦軸が、接着部のき裂先端の応力拡大係数となっており、引き剥がし易さに関するパラメータとなっている。応力拡大係数が大きいほど、き裂が進展しやすい為に引き剥がし易く、応力拡大係数が小さいほど、き裂が進展しにくい為に引き剥がし難いものとなる。また、図７は、その横軸が、パッド厚比ＰＲとなっている。
　図７に示すように、パッドアップ部１０の板厚の割合が大きくなるほど、応力拡大係数は小さくなる。一方で、パッドアップ部１０の板厚の割合の変化に伴う応力拡大係数の変化、すなわち、応力拡大係数の感度は、パッドアップ部１０の板厚の割合が小さい場合に大きく、パッドアップ部１０の板厚の割合が大きい場合に小さいものとなる。具体的に、実施形態１では、パッド厚比ＰＲが５０％となっており、パッド厚比ＰＲ（＝５０％）を境界とすると、パッド厚比ＰＲが０％から５０％の範囲における応力拡大係数の変化Ｄ１は、パッド厚比ＰＲが５０％から１００％の範囲における応力拡大係数の変化Ｄ２に比して、大きなものとなっている。以上から、パッドアップ部１０の板厚は、フランジ部２５の板厚以下とすることで、パッドアップ部１０の少ない板厚の変化によって、引き剥がし難い構成に効率よくできることが確認された。
　以上のように、実施形態１によれば、第１境界と第２境界とを、面内方向において異なる位置にできることから、外板５とストリンガ６との接着界面に付与されるピール応力を低減でき、これにより、外板５とストリンガ６との接合強度の向上を図ることができる。
　また、実施形態１によれば、パッドアップ部１０は、ストリンガ６が接着される被接着面の全面に設けられていることから、被接着面となるパッドアップ部１０の平坦面及びフランジ部２５の底面２８を、簡易な形状とすることができる。
　また、実施形態１によれば、第１傾斜面２１と第２傾斜面２９とを、段差のない連なる面にできることから、第２境界における形状変化を抑制できるため、ピール応力の集中を緩和することができる。
　また、実施形態１によれば、パッドアップ部１０の板厚Ｔ１を、フランジ部２５の板厚Ｔ２以下にすることで、パッドアップ部１０の少ない板厚の変化によって、引き剥がし難い構成に効率よくできる。
　また、実施形態１によれば、外板５とストリンガ６との接合強度が高い接合構造体１を簡単に製造することができる。
［実施形態２］
　次に、図８を参照して、実施形態２に係る接合構造体１について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図８は、実施形態２に係る接合構造体の積層構造を表した断面図である。
　実施形態２の接合構造体１は、実施形態１の接合構造体１のフランジ部２５を、パッドアップ部１０の平坦面２２の一部が露出するように接着したものとなっている。具体的に、フランジ部２５は、面内方向において、パッドアップ部１０の第１傾斜面２１と平坦面２２との交差部分から離れるようにオフセットされて、パッドアップ部１０に接着される。このため、パッドアップ部１０とフランジ部２５とは、段差が形成される階段状となっている。
　以上のように、実施形態２によれば、パッドアップ部１０の平坦面２２に対して、フランジ部２５の位置を、オフセットした状態で接着できることから、パッドアップ部１０とフランジ部２５との位置合わせを容易にすることができ、接着作業の効率化を図ることができる。また、パッドアップ部１０の平坦面２２に対して、フランジ部２５の位置を、オフセットできることから、接合構造体１の組立公差を吸収（許容）することが可能となる。
［実施形態３］
　次に、図９を参照して、実施形態３に係る接合構造体３０について説明する。なお、実施形態３では、重複した記載を避けるべく、実施形態１及び２と異なる部分について説明し、実施形態１及び２と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図９は、実施形態３に係る接合構造体を模式的に表した断面図である。
　実施形態３の接合構造体３０は、実施形態１の接合構造体１のパッドアップ部１０を、ストリンガ６が接着される被接着面の縁部に形成したものとなっている。具体的に、接合構造体３０のパッドアップ部３１は、接着されるフランジ部２５の先端側の部位にのみ設けられている。このため、パッドアップ部３１の内側の領域は、パッドアップ部３１が一体に設けられていない板部８となっている。パッドアップ部３１は、例えば、縁部から中央部に向かって、高さが高くなった後、平坦となり、さらに高さが低くなる断面台形形状となっている。具体的に、図９に示すように、パッドアップ部３１は、縁部（面内方向の一方側／図９の左側）に形成される第１傾斜面２１と、第１傾斜面２１に連なる平坦面２２と、面内方向の他方側（図９の右側）に形成されると共に平坦面２２に連なる第３傾斜面３３と、を有している。なお、第１傾斜面２１及び平坦面２２は、実施形態１とほぼ同様であるため、説明を省略する。第３傾斜面３３は、平坦面２２から面内方向の他方側へ向かって板厚が薄くなる下り斜面となる傾斜面である。
　以上のように、実施形態３によれば、パッドアップ部３１を、被接着面の縁部にのみ形成することで、接着面積を大きくすることができるため、外板５とストリンガ６との接合強度を高めることができる。また、ピール応力を低減しつつ、ストリンガ６のフランジ部２５の厚さも確保することが可能となる。
　各実施形態に記載の接合構造体１，３０及び接合構造体１，３０の製造方法は、例えば、以下のように把握される。
　第１の態様に係る接合構造体１，３０は、複合材（外板５）と補強材（ストリンガ６）とを接着剤７を介して接合することで形成される補強部９を有する接合構造体１，３０において、前記複合材は、繊維シートＳを複数積層して形成される板部８と、前記板部８に対して前記繊維シートＳをさらに積層して形成される隆起部（パッドアップ部１０）と、を含み、前記板部８と前記隆起部とは、その表面が単一の前記繊維シートＳａにより被覆されており、前記補強部９は、前記隆起部と、前記隆起部に接着剤７を介して接着される前記補強材と、を含み、前記板部８と前記隆起部との第１境界と、前記隆起部と前記補強材との第２境界とは、積層される前記繊維シートＳの積層界面の面内方向において、異なる位置となっている。
　この構成によれば、第１境界と第２境界とを、面内方向において異なる位置にできることから、複合材と補強材との接着界面に付与されるピール応力を低減でき、これにより、複合材と補強材との接合強度の向上を図ることができる。
　第２の態様として、前記隆起部は、前記補強材が前記複合材に接着される被接着面の全面に設けられる。
　この構成によれば、隆起部は、補強材が接着される被接着面の全面に設けられていることから、隆起部及び補強材の被接着面を、簡易な形状とすることができる。
　第３の態様として、前記隆起部は、前記補強材が前記複合材に接着される被接着面の縁部に設けられる。
　この構成によれば、隆起部を、被接着面の縁部にのみ形成することで、接着面積を大きくすることができるため、複合材と補強材との接合強度を高めることができる。
　第４の態様として、前記隆起部は、前記第１境界から前記第２境界へ向かって上り斜面となる第１傾斜面２１を有し、前記補強材は、前記第２境界から上り斜面となる第２傾斜面２９を有し、前記隆起部と前記補強材とは、前記第１傾斜面２１と前記第２傾斜面２９とが連なる面となるように接着されている。
　この構成によれば、第１傾斜面２１と第２傾斜面２９とを、段差のない連なる面にできることから、第２境界における形状変化を抑制できるため、ピール応力の集中を緩和することができる。
　第５の態様として、前記隆起部は、前記第１境界から前記第２境界へ向かって上り斜面となる第１傾斜面２１と、前記第２境界から前記繊維シートの積層界面と平行な面内方向に広がる平坦面２２と、を有し、前記補強材は、前記隆起部の前記平坦面２２を一部露出させて、前記平坦面２２に接着されている。
　この構成によれば、隆起部に対して、補強材の位置を、オフセットした状態で接着できることから、隆起部と補強材との位置合わせを容易にすることができ、接着作業の効率化を図ることができる。
　第６の態様として、前記隆起部の厚さ（板厚Ｔ１）は、前記隆起部に接着される前記補強材の部位の厚さ（板厚Ｔ２）以下となっている。
　この構成によれば、隆起部の厚さを、補強材の部位の厚さ以下にすることで、隆起部の少ない板厚の変化によって、引き剥がし難い構成に効率よくできる。
　第７の態様に係る接合構造体１，３０の製造方法は、繊維シートＳを複数積層して形成される板部８と、前記板部８に対して前記繊維シートＳをさらに積層して形成される隆起部と、を含み、前記板部８と前記隆起部との表面が単一の前記繊維シートＳａで被覆された複合材を成形するステップと、前記複合材の前記隆起部に接合される補強材を成形するステップと、前記複合材の前記隆起部と前記補強材とを接着剤７を介して接合して接合構造体１，３０を形成するステップと、を備える。
　この構成によれば、複合材と補強材との接合強度が高い接合構造体１を簡単に製造することができる。
　１　接合構造体
　５　外板
　６　ストリンガ
　７　接着剤
　８　板部
　９　補強部
　１０　パッドアップ部
　２１　第１傾斜面
　２２　平坦面
　２５　フランジ部
　２８　底面
　２９　第２傾斜面
　３０　接合構造体
　３１　パッドアップ部
　３３　第３傾斜面
　Ｓ，Ｓａ，Ｓｂ　繊維シート

Claims (7)

  1. 　複合材と補強材とを接着剤を介して接合することで形成される補強部を有する接合構造体において、
    　前記複合材は、繊維シートを複数積層して形成される板部と、前記板部に対して前記繊維シートをさらに積層して形成される隆起部と、を含み、前記板部と前記隆起部とは、その表面が単一の前記繊維シートにより被覆されており、
    　前記補強部は、前記隆起部と、前記隆起部に接着剤を介して接着される前記補強材と、を含み、
    　前記板部と前記隆起部との第１境界と、前記隆起部と前記補強材との第２境界とは、積層される前記繊維シートの積層界面の面内方向において、異なる位置となっている接合構造体。
  2. 　前記隆起部は、前記補強材が前記複合材に接着される被接着面の全面に設けられる請求項１に記載の接合構造体。
  3. 　前記隆起部は、前記補強材が前記複合材に接着される被接着面の縁部に設けられる請求項１に記載の接合構造体。
  4. 　前記隆起部は、前記第１境界から前記第２境界へ向かって上り斜面となる第１傾斜面を有し、
    　前記補強材は、前記第２境界から上り斜面となる第２傾斜面を有し、
    　前記隆起部と前記補強材とは、前記第１傾斜面と前記第２傾斜面とが連なる面となるように接着されている請求項１から３のいずれか１項に記載の接合構造体。
  5. 　前記隆起部は、前記第１境界から前記第２境界へ向かって上り斜面となる第１傾斜面と、前記第２境界から前記繊維シートの積層界面と平行な面内方向に広がる平坦面と、を有し、
    　前記補強材は、前記隆起部の前記平坦面を一部露出させて、前記平坦面に接着されている請求項１から３のいずれか１項に記載の接合構造体。
  6. 　前記隆起部の厚さは、前記隆起部に接着される前記補強材の部位の厚さ以下となっている請求項１から５のいずれか１項に記載の接合構造体。
  7. 　繊維シートを複数積層して形成される板部と、前記板部に対して前記繊維シートをさらに積層して形成される隆起部と、を含み、前記板部と前記隆起部との表面が単一の前記繊維シートで被覆された複合材を成形するステップと、
    　前記複合材の前記隆起部に接合される補強材を成形するステップと、
    　前記複合材の前記隆起部と前記補強材とを接着剤を介して接合して接合構造体を形成するステップと、を備え、
    　前記接合構造体を形成するステップでは、前記板部と前記隆起部との第１境界に対して、前記隆起部と前記補強材との第２境界を、積層される前記繊維シートの積層界面の面内方向において、異なる位置とする接合構造体の製造方法。
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