JPH0790605B2 - 複合材製桁材のジョイント部補強用繊維構造体およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、航空機産業等の高強力、軽重量の求められる
分野で利用される繊維・合成樹脂複合材製桁材のジョイ
ント部補強用繊維構造体およびその製造方法に関するも
のである。

従来の技術 例えば、航空機の翼等には、複数本のＩ型ビームが使用
され、このＩ型ビームには、繊維で強化した合成樹脂複
合材が使用され始めている。この種の複合材よりなるＩ
型ビームの内部組織構造は、製造上の理由から、上下の
水平部分と、この間を接続する垂直部分とが直交する位
置で垂直部分の積層部材が水平方向に曲がって水平部材
と積層されるためこの部分に楔型空間が生じる。このジ
ョイント部には、非常に大きなテンションが作用した場
合、上記楔型空間から剥離、傷等が発生する。そこで、
これに耐えるため、この部分の補強対策が必要である。
具体的な補強対策として、上記ジョイント部内に生ずる
楔型空間に、繊維または繊維強化プラスチックよりなる
インサートピースを挿入し、これを接着およびまたは縫
着によってＩ型ビームを構成する部材（水平部材及び垂
直部材）に堅固に取付けていた。従来、例えば次の如き
構造のインサートピースが提案されている。

1.切断繊維（chopped strand）で強化して樹脂成形した
インサートピース。

2.繊維がＩ型ビームの長手方向のみに配列されたUD（un
idirection）タイプのインサートピース。

3.U.S.P.4,331,723号に開示されているように、Ｉ型ビ
ームの長手方向に伸びる炭素繊維からなる芯材（断面略
三角形）のまわりを、同じ炭素繊維等からなる織物を三
方向より積層して取り囲み縫着するようにしたインサー
トピース。

発明が解決しようとする問題点 例えば、繊維強化樹脂材料製航空機用主翼構造におい
て、第６図に示す桁材のジョイント部における、通常は
面外強度と称する矢印方向の強度を現状より更に高める
ことは、桁材の数量を減少できるので、主翼構造の軽量
化等に大きく寄与する。このため、現状では第６図に示
す面外強度を向上することが強く望まれている。

問題点を解決するための手段 本発明は、従来技術の上記問題点に鑑みて提案されたも
ので、積層織物によって強化された合成樹脂製複合材よ
りなるＩ型又はＴ型等の桁材のジョイント部内に形成さ
れる楔型空間に挿入してジョイント部の補強に使用する
繊維構造体であって、上記楔型空間に適合する形状に織
成された三次元織物により構成されているものである。

上記三次元織物は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に伸びる糸によって
織成されており、そのうちのＺ方向の糸は、繊維構造体
の長手方向に伸びており、Ｘ−Ｙ方向の糸は、１本の糸
からなり、Ｚ方向の糸の間を縫って蛇行をくり返してＸ
方向、Ｙ方向に伸び、かつ、折り返し点において糸端、
切断端を有せず連続していることを特徴としている。

また、本発明は所要長さの糸条案内部材をＺ方向に平行
に、かつ、楔形空間内に所要密度となるように配置し、
１本の連続した糸を上記糸条案内部材の間を縫ってしか
もＸ方向及びＹ方向に蛇行をくり返して挿入し、このよ
うなＸ−Ｙ方向の糸の挿入層をＺ方向に所要数積層形成
すると共に、糸条案内部材をＺ方向に抜き取って、その
抜き取り跡にＺ方向糸を残存させることによって製造す
ることを特徴とする複合材製桁材のジョイント部補強用
繊維構造体の製造方法をも要旨としている。

作用 本発明の補強用繊維構造体は、三次元織物で構成してあ
るため、必要方向に必要な量の繊維を配向できるし、従
来のUD材や織物の縫着材からなるインサートピースより
強度を大きくでき、特に、航空機用桁材として要求され
る方向の引張り強度を、目標値以上の高い値とし得るも
のである。

実施例 第１図は本発明に係る補強用繊維構造体を用いたインサ
ートピースの一例を示す斜視図であって、同図におい
て、（10）はＺ方向糸、（20）はＸ−Ｙ方向糸であっ
て、Ｚ方向糸（10）はＺ方向に沿って伸びており、か
つ、Ｘ及びＹ方向にインサートの形状にそって複列複段
で配置し、従って、上部より下部の方の配列本数を多く
する。

Ｚ方向糸（10）の配列形状は、第２図に示す様なＩ型ビ
ーム（50）のジョイント部（51）に生ずる楔型空間（5
2）の形状に適合するようになされる。

Ｘ−Ｙ方向糸（20）は、Ｚ方向糸（10）の間を縫って蛇
行をくり返してＸ及びＹ方向に延びて配置される。

Ｘ−Ｙ方向糸（20）は、例えば、第３図〜第５図を１リ
ピートとして、Ｚ方向糸（10）の間に挿入される。即
ち、第３図の点（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→
（ｅ）→（ｆ）→（ｇ）→（ｈ）→（ｉ）→（ｊ）→
（ｋ）→（ｌ）→（ｍ）→（ｎ）に至る経路でＸ−Ｙ方
向糸（20）を、Ｚ方向糸（10）間に挿入し、続いて，第
４図の点（ｎ）→（ｏ）→（ｐ）→（ｑ）→（ｒ）→
（ｓ）→（ｔ）→（ｕ）の経路でＸ−Ｙ方向糸（20）を
Ｚ方向糸（10）間に挿入し、さらに，第５図の点（ｕ）
→（ｖ）→（ｗ）→（ｘ）→（ｙ）→（ｚ）の経路でＸ
−Ｙ方向糸（20）をＺ方向糸（10）間に挿入し、再び、
第３図の点（ａ）に戻って上記の経路を反復させる。

Ｘ−Ｙ方向糸（20）の挿入方法は、上記した例に制約さ
れるものではない。

上記Ｚ方向糸（10）とＸ−Ｙ方向糸（20）とによって、
三次元織物（30）を構成する。

上記三次元織物（30）の織成方法は、各Ｚ方向糸（10）
を糸条案内部材、例えば小径の金属又はプラスチックの
パイプに挿通した状態で、第３図〜第５図の配列状態に
保持させておき、この糸条案内部材間を前記要領でＸ−
Ｙ方向糸（20）を挿入して行くことによって織成し、織
成後、糸条案内部材を抜き取ることによって三次元織物
（30）が得られる。

上記糸状案内部材としては、パイプ以外に、一端に鈎針
状のくぼみを形成したロッド状のもの或いは、ラッチ針
構造のもの等が使用でき、パイプの場合は、予めＺ方向
糸（10）を挿通した状態でＸ−Ｙ方向糸（20）を挿入し
て行く方式と、予めＺ方向糸（10）を挿通しない状態で
Ｘ−Ｙ方向糸（20）を挿入した後にＺ方向糸（10）を挿
入して行く方式とを選択することができ、パイプ以外の
ロッド状のものやラッチ針構造のものの場合では、Ｘ−
Ｙ方向糸（20）をロッド状のものやラッチ針の間に蛇行
状に挿入したのちに、ロッド状のものやラッチ針をＺ方
向に抜き取る際にＺ方向糸（10）を挿入する方式を用い
る。

Ｘ−Ｙ方向糸（20）は、連続した１本の糸を使用し、三
次元織物（30）のＸ及びＹ方向の各端部（31）（32）
（33）において、糸端、切断端を有さず、連続したまま
で折り返して織成される。

上記Ｘ−Ｙ方向糸（20）は１リピート分の挿入毎、或い
は複数リピート分の挿入毎にＺ方向に筬打ちされる。

Ｚ方向糸（10）は、１本１本独立したものを使用する
か、又は、Ｚ方向の片端で折り返した１本の連続した糸
を使用するかいずれでもよい。１本の連続した糸を用い
る方法は特開昭61-201063号公報に開示されている。１
本の連続した糸を、Ｚ方向糸（10）として使用する場合
は、Ｚ方向一端部のループ内にかんぬき糸を挿通してＺ
方向糸（10）の抜け落ちや弛みを防止するのが好まし
い。

上記のようにして織成された三次元織物（30）は、樹脂
（40）を含浸してプリプレグ状のインサートピース（6
0）を作る。

一方、Ｉ型ビーム（50）の水平方向のパネル材（53）及
び垂直方向の側板（54）も、従来通り、織物に樹脂を含
浸してプリプレグ状として積層し、これらのジョイント
部（51）にできる楔型空間（52）に上記インサートピー
ス（60）を挿入して、オートクレーブ、金型等により、
一体化させてＩ型ビーム（50）の完成品を作る。

上記インサートピース（60）とＩ型ビーム（50）の構成
部材との接合は、接着又は接着と縫着のいずれでもよ
い。

上記接着を有利とするために、三次元織物（30）の表面
は、できるだけ平坦であるのが好ましく、そのため、Ｚ
方向糸（10）に対するＸ−Ｙ方向糸（20）の挿入方法
は、第３図の如くＺ方向糸２本をまたいでＸ方向に伸び
てＹ方向に曲がり、さらにＺ方向糸２本をまたいでＸ方
向に伸びるということを繰り返す。また角隅部において
はＸ−Ｙ方向糸は斜めに走って滑らかな曲線を形成さす
ようにする。なおＺ方向糸を２本のかわりに３本を跨ぐ
場合もありうる。

上記三次元織物（30）を構成するＺ方向糸（10）及びＸ
−Ｙ方向糸（20）は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド
繊維、金属繊維等を単独で、あるいは組合せて使用する
ことができる。本実施例では、三菱レーヨン（株）製パ
イロフィル3K（炭素繊維、タイプＴ−１、3,000f）をＸ
−Ｙ、Ｚの各方向糸として使用している。そして、Ｘ、
Ｙ、Ｚ各方向の糸の配向比は、Ｘ−Ｙ方向の糸をＸ方向
とＹ方向に分解して表した場合、 Ｘ＝40±５％ Ｙ＝40±５％ Ｚ＝20±５％ とするのが好ましい。

また、上記三次元織物（30）に含浸させる樹脂（40）
は、熱硬化性樹脂又は耐熱性樹脂とされ、本実施例では
４官能性耐熱エポキシ樹脂としている。

上記三次元織物（30）を構成する各方向の糸及び樹脂
（40）の使用材料としては、Ｉ型ビーム（50）の構成部
材と同じタイプのものから選択するのが好ましい。

発明の効果 本発明の補強用繊維構造体からなるインサートピースを
用いることにより繊維強化合成樹脂の複合材からなるＩ
型又はＴ型等の桁材のジョイント部の面外強度を概ね1.
5倍に上げることができ、航空機主翼等の桁材使用本数
を減少させて軽量化が図れる等の利点がある。

また、本発明の製造方法によれば、上記インサートピー
ス用補強繊維構造体を簡単に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る補強用繊維構造体の実施例を示す
斜視図、第２図は本発明を適用すべき桁材の一例を示す
Ｉ型ビームの説明図、第３図〜第５図は本発明に係る補
強用繊維構造体の織組織の一例を示す１リピート分のＸ
−Ｙ方向糸挿入説明図、第６図は引張り強度試験方法の
概略説明図である。 （10）……Ｚ方向糸、（20）……Ｘ−Ｙ方向糸、（30）
……三次元織物、（40）……樹脂、（50）……Ｉ型ビー
ム、（60）……インサートピース、（51）……ジョイン
ト部、（52）………楔型空間。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西山 茂 愛知県名古屋市港区大江町10番地 三菱重 工業株式会社名古屋航空機製作所内 (72)発明者 広川 哲朗 滋賀県近江八幡市多賀町485―４

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】積層織物によって強化された合成樹脂製複
   合材よりなるＩ型又はＴ型等の桁材のジョイント部内に
   形成される楔型空間に挿入してジョイント部の補強に使
   用する繊維構造体であって、上記楔型空間に適合する形
   状に織成された三次元織物により構成されていることを
   特徴とする複合材製桁材のジョイント部補強用繊維構造
   体。
2. 【請求項２】三次元織物が、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に延びる糸
   によって織成されており、そのうちのＺ方向の糸は、繊
   維構造体の長手方向に伸びており、Ｘ−Ｙ方向の糸は、
   １本の糸からなり、Ｚ方向の糸の間を縫って蛇行をくり
   返してＸ方向、Ｙ方向に伸び、かつ折り返し点において
   糸端、切断端を有せず、連続していることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の複合材製桁材のジョイン
   ト部補強用繊維構造体。
3. 【請求項３】所要長さの糸条案内部材をＺ方向に平行
   に、かつ、楔形空間内に所要密度となるように配置し、
   １本の連続した糸を上記糸条案内部材の間を縫ってしか
   もＸ方向及びＹ方向に蛇行をくり返して挿入し、このよ
   うなＸ−Ｙ方向の糸の挿入層をＺ方向に所要数積層形成
   すると共に、糸条案内部材をＺ方向に抜き取って、その
   抜き取り跡にＺ方向糸を残存させることによって製造す
   ることを特徴とする複合材製桁材のジョイント部補強用
   繊維構造体の製造方法。