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3次元複合材継ぎ手

国内特許コード P10A015396
掲載日 2010年4月23日
出願番号 特願2002-368307
公開番号 特開2004-196157
登録番号 特許第4238311号
出願日 平成14年12月19日(2002.12.19)
公開日 平成16年7月15日(2004.7.15)
登録日 平成21年1月9日(2009.1.9)
発明者
  • 伊藤 真
  • 三宅 司朗
  • 月ヶ瀬 元美
  • 田中 豊己
  • 西山 茂
出願人
  • 防衛装備庁長官
発明の名称 3次元複合材継ぎ手
発明の概要 【課題】層間せん断応力集中部を持たせないこと。
【解決手段】ラウンド強化繊維がそれぞれに埋め込まれた層5が重なり合う多層構造10-2が形成される。層5は、第1層と、第1層の上面側に接合する第2層と、第2層の上面側に接合する第3層とから構成されている。第3層の翼端側端縁は第2層の先端より長く延び、第2層の翼端側端縁は第1層の先端より長く延び、第3層の上面は主翼の基準接合対象面6に対して傾斜する斜面9-1として形成され、接合対象に対してボルト接合される。ボルトに加わるせん断荷重を強度の低い層間を介さずに、強度の高い面内強化繊維の引張又は圧縮荷重に変換する。
【選択図】 図3
従来技術、競合技術の概要


航空機の構造に複合材が適用されて久しい。複合材として、FRPがしばしば用いられる。炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維のような繊維で強化された複合材は、航空機の主翼のような高強度が要求される構造体に広く用いられている。その優れた物性は、航空機の翼胴結合構造のようなフィッティングに利用されることが期待される。



航空機の主翼と胴体は、フィッティングにより結合される。3次元複合材フィッティングは、特開平7-40895号、特開平7-156888号で知られているように、面内強化遷移が複数層に積層されて構造化された多層構造を有し、テンションボルト荷重をラウンド形状により分散して局所的に集中しない応力分散性とを持ち、且つ、軽量である構造を有している。



図8と図9は、そのような3次元複合材フィッティングの継ぎ手部の製造方法を示している。継ぎ手部101は、面内強化繊維102が多層に形成されて多層構造化されている。このように多層化された多層形成体103は、断面上で、実線と1点鎖線で囲まれる長方形に現れる。次に、翼端側に向かってその厚みが薄くなって、切断面104が基底面105に対して傾斜する斜面になるように加工される。この結果、継ぎ手部101は、胴側の結合付け根部位の厚みaが翼端側部位の厚みbより大きくなる。テーパ加工により、面内強化繊維が継ぎ手部の途中で削り落とされ、その繊維にかかる負荷は層間せん断に切り替わって、より下層に伝達される。



切断面104の側に、ボルト座ぐり穴106が加工され、更に、ボルト座繰り穴106の座ぐり面から底面105に届くボルト穴107が加工される。ボルト穴107にボルトが通され、ボルトの先端側部位は主翼と結合され、ボルト頭はボルト座ぐり穴106の座ぐり面に圧着する。ボルト座ぐり穴106の座ぐり面は、面内強化繊維積層面と平行であるため、負荷を伝達するせん断面積を狭めている。更に、座ぐり面が断面上で直角に現れる座ぐり穴形状は、座ぐり穴の周囲に対する応力の集中を誘発する。



このように、公知の3次元複合材継ぎ手構造は、強度が低い層間せん断強度依存率が高く、強度を向上させる点で障害を含んでいる。繊維の3次元構造配置のみによらずに、3次元目の補強が重要である。



局所的応力集中を効果的に抑制することが求められ、特に、層間せん断応力集中部を持たないことが求められる。機械加工工程数の削減が次に求められる。材料費の低減化が更に求められる。

産業上の利用分野


本発明は、3次元複合材継ぎ手に関し、特に、航空機の主翼のような接合対象に対する結合の強度を強化する3次元複合材継ぎ手に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
面内強化繊維が配された層が重なり合う多層構造を具え、
前記多層構造は、
第1層と、
前記第1層の上面側で前記第1層に対して積層される第2層と、
前記第2層の上面側で前記第2層に対して積層される第3層とを備え、
前記第3層は接合対象の接合面に対して傾斜し、
前記多層構造は前記接合対象に締付軸で締め付けられて結合され、
前記多層構造には重なり方向に穴が開けられ、
前記締付軸は、
前記穴に通る軸部分と、
前記接合対象に結合する結合部分と、
前記第3層の上面であるテーパ面に接合する接合斜面を持つ頭部分とを備え、
前記第3層は前記第2層の先端まで届き、前記第2層は前記第1層の先端まで届いている3次元複合材継ぎ手。

【請求項2】
面外強化繊維が更に配され、前記面外強化繊維は前記第1層から前記第3層まで延びている請求項記載の3次元複合材継ぎ手。

【請求項3】
前記面外強化繊維はモノフィラメントである請求項記載の3次元複合材継ぎ手。

【請求項4】
前記面内強化繊維はモノフィラメントである請求項記載の3次元複合材継ぎ手。

【請求項5】
前記多層構造は前記接合対象に締付軸で締め付けられて結合される請求項1~から選択される1請求項記載の3次元複合材継ぎ手。

【請求項6】
前記第3層は前記第2層を全面的に被覆し、前記第2層は前記第1層を全面的に被覆している請求項1~から選択される1請求項記載の3次元複合材継ぎ手。

【請求項7】
面外強化繊維が更に配され、前記面外強化繊維は前記第1層から前記第3層まで延びている請求項記載の3次元複合材継ぎ手。

【請求項8】
前記多層構造は、前記接合面に対して傾斜する基準対称面に対して対称である部分構造を有する請求項1~から選択される1請求項記載の3次元複合材継ぎ手。

【請求項9】
前記接合対象は航空機の主翼である請求項1~から選択される1請求項記載の3次元複合材継ぎ手。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2002368307thum.jpg
出願権利状態 登録
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