炭素繊維強化プラスチック構造体及びその製造方法
【課題】炭素繊維強化プラスチックからなるＣＦＲＰ構造体に、その表面に取り付けられた電子機器についてアースを取るという二次的な機能を付加する手段を提供する。
【解決手段】本発明に係るスパー２は、炭素繊維プリプレグ２３１に積層して形成された導電層２３３と、この導電層２３３及び炭素繊維プリプレグ２３１を貫通する導電体製のジャンパー２４と、を有するものである。
【解決手段】本発明に係るスパー２は、炭素繊維プリプレグ２３１に積層して形成された導電層２３３と、この導電層２３３及び炭素繊維プリプレグ２３１を貫通する導電体製のジャンパー２４と、を有するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化プラスチックからなる炭素繊維強化プラスチック構造体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、航空機の主翼を構成する構造体は、アルミ合金のような金属部材によって構成されるのが一般的であった。そして、このような金属製の構造体は、構造物としての機能の他に、その表面に取り付けられた各種の電子機器についてアースを取る、すなわち基準電位点との導通を確保するという２次的な機能を有していた。
【０００３】
しかし近年、主翼の軽量化や高強度化等の観点から、主翼の主要な構造体をいわゆる複合材、例えば炭素繊維強化プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ」と略す）で構成することが進められている（例えば、特許文献１を参照）。この炭素繊維強化プラスチック構造体（以下、「ＣＦＲＰ構造体」と略す）は、炭素繊維に熱硬化性樹脂を染み込ませたシートを複数枚積層してなる炭素繊維プリプレグを加熱し、熱硬化性樹脂を硬化させることによって各シートを一体化したものである。そして、このようなＣＦＲＰ構造体は、炭素繊維プリプレグの加熱時に炭素繊維から染み出した熱硬化性樹脂によって、その表面にいわゆるレジン層が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１９３２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のＣＦＲＰ構造体は、炭素繊維自体は導電性を有するものの、その表面が導電性のないレジン層によって覆われているため、構造体全体としては導電性を有さない。従って、従来のＣＦＲＰ構造体には、その表面に取り付けられた電子機器についてアースを取るという二次的な機能を持たせることができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、炭素繊維強化プラスチックからなるＣＦＲＰ構造体に、その表面に取り付けられた電子機器についてアースを取るという二次的な機能を付加する手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係る炭素繊維強化プラスチック構造体は、炭素繊維プリプレグに積層して形成された導電層と、この導電層及び前記炭素繊維プリプレグを貫通する導電体製のジャンパーと、を有することを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、導電層に接触して電子機器を設けた場合、この電子機器が導電層及びジャンパーを介して、基準電位点としての炭素繊維プリプレグに対して電気的に接続される。これにより、炭素繊維強化プラスチック構造体の上に設けられた電子機器についてアースを取ることができる。
【０００９】
また、本発明に係る炭素繊維強化プラスチック構造体は、前記導電層が、前記炭素繊維プリプレグの表面に形成されたことを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、導電層が炭素繊維プリプレグの表面に形成されているので、導電層に直接接触させて電子機器を設けることができる。これにより、電子機器と導電層とを電気的に接続する配線等が不要であるため、簡略な構成によって電子機器についてアースを取ることができる。
【００１１】
また、本発明に係る炭素繊維強化プラスチック構造体は、前記ジャンパーの端部に、前記導電層の表面に接する頭部を設けたことを特徴とする。
【００１２】
このような構成によれば、導電層に接する頭部により、ジャンパーと導電層とがより確実に電気的に接続される。
【００１３】
また、本発明に係る炭素繊維強化プラスチック構造体の製造方法は、炭素繊維プリプレグの表面に導電層を形成する工程と、前記導電層の表面をマスキングする工程と、前記炭素繊維プリプレグを硬化させる工程と、前記マスキングを除去して前記導電層を露出させる工程と、前記導電層に接する導電体製のジャンパーを前記炭素繊維プリプレグに貫通させる工程と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
このような製造方法によれば、炭素繊維プリプレグの硬化時にその表面にレジン層が形成されるのを局所的に阻止することができるので、ジャンパーと導電層との電気的な接続をより確実なものとすることができる。
また、導電層に接触して電子機器を設けた場合、この電子機器が導電層及びジャンパーを介して、基準電位点としての炭素繊維プリプレグに対して電気的に接続される。これにより、炭素繊維強化プラスチック構造体の上に設けられた電子機器についてアースを取ることができる。
【００１５】
また、本発明に係る炭素繊維強化プラスチック構造体の製造方法は、炭素繊維プリプレグの表面に導電層を形成する工程と、前記炭素繊維プリプレグを硬化させる工程と、下面に突起を有する導電体製のジャンパーを、前記炭素繊維プリプレグの硬化時にその表面に形成されたレジン層を前記突起で破りながら、前記炭素繊維プリプレグに貫通させる工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
このような製造方法によれば、ジャンパーを炭素繊維プリプレグに貫通させる際に、ジャンパー自体に設けた突起によってレジン層を破ることにより、ジャンパーの頭部と導電層とを接触させることができる。これにより、炭素繊維プリプレグを硬化させる工程に先立ってその表面にマスキングを施す等の前処理を行う必要がないため、作業工程の削減による省力化及びマスキングテープ等の削減によるコストダウンを図ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る炭素繊維強化プラスチック構造体によれば、炭素繊維強化プラスチックからなる炭素繊維強化プラスチック構造体に、その表面に取り付けられた電子機器についてアースを取ることができるという二次的な機能を付加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る主翼の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】第１実施形態に係るスパーの一部分を示す概略斜視図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面を示す概略断面図である。
【図４】第１実施形態に係るスパーの製造工程を示す説明図である。
【図５】第１実施形態に係るスパーの製造工程を示す説明図である。
【図６】第２実施形態に係るスパーの構成を示す概略断面図である。
【図７】第３実施形態に係るスパーの製造工程を示す説明図である。
【図８】第４実施形態に係るスパーの一部分を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の第１実施形態に係るＣＦＲＰ構造体の構成について説明する。本実施形態では、ＣＦＲＰ構造体の一例として、航空機の主翼を構成する部材について説明する。
【００２０】
図１は、主翼１の概略構成を示す分解斜視図である。主翼１は、その長手方向に沿って両側部を形成する一対のスパー２と、その上面及び下面を形成する一対のパネル３と、その内部に設けられる複数のリブ４と、を備えるものである。
【００２１】
一対のスパー２は、図１に示すように、主翼１の両側部のうち航空機前方側の側部を形成するフロントスパー２１と、航空機後方側の側部を形成するリアスパー２２と、を具備している。このように構成される一対のスパー２は、それぞれの開口部を互いに向かい合わせるようにして、所定間隔でそれぞれ配置される。尚、これらフロントスパー２１及びリアスパー２２は、共に炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）が成形されてなる部材である。
【００２２】
一対のパネル３は、図１に示すように、主翼１の上面を形成する上面パネル３１と、下面を構成する下面パネル３２と、具備している。そして、上面パネル３１は、湾曲した断面形状を有する板状の上面スキン３１ａと、この上面スキン３１ａの一方の面に設けられてその曲げ剛性を高める複数本のストリンガー３１ｂとを有している。尚、これら上面スキン３１ａ及びストリンガー３１ｂは、共に炭素繊維強化プラスチックが成形されてなる部材である。同様に、下面パネル３２は、下面スキン３２ａと複数本のストリンガー３２ｂとを有しており、これらも共に炭素繊維強化プラスチックが成形されてなる部材である。
【００２３】
複数のリブ４は、主翼１を構造的に補強するためのものである。このリブ４は、図１に示すように主翼１の長手方向に所定間隔で設けられ、各リブ４の一端はフロントスパー２１に他端はリアスパー２２にそれぞれ接続されている。これにより、フロントスパー２１とリアスパー２２は一定間隔で保持されている。尚、これらリブ４は、全て金属製の部材である。
【００２４】
図２及び図３は、第１実施形態に係るＣＦＲＰ構造体としてのスパー２を示す図であって、図２はスパー２の一部分を示す概略斜視図、図３は図２におけるＡ−Ａ断面を示す概略断面図である。スパー２は、ＣＦＲＰからなるスパー本体２３と、このスパー本体２３を貫通して設けられたジャンパー２４と、スパー本体２３の表面に取り付けられた電子機器２５とを備えている。
【００２５】
スパー本体２３は、図３に示すように、層状の炭素繊維プリプレグ２３１と、この炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａに形成されたレジン層２３２と、このレジン層２３２の内部に埋め込んで設けられた導電層２３３と、を具備している。
【００２６】
炭素繊維プリプレグ２３１は、基準電位点としての役割を果たすものである。この炭素繊維プリプレグ２３１は、図３に示すように、熱硬化性樹脂（不図示）を炭素繊維に染み込ませてなるシート２３１ｂを複数枚積層し、熱硬化性樹脂を硬化させることによって各シート２３１ｂを一体化したものである。そして、炭素繊維によって構成されるこの炭素繊維プリプレグ２３１は導電性を有している。
【００２７】
レジン層２３２は、熱硬化性樹脂の硬化時に炭素繊維から染み出した熱硬化性樹脂が炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａに形成したものである。熱硬化性樹脂によって構成されるこのレジン層２３２は、導電性を有さない絶縁体である。このレジン層２３２は、図２及び図３に示すように、炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａを覆うようにして形成され、その所定箇所を貫通して、導電層２３３を露出させるための導電層露出穴２３２ａが複数形成されている。
【００２８】
導電層２３３は、銅やアルミニウム等の金属からなる薄板部材であって導電性を有している。この導電層２３３は、図２及び図３に示すように、平面視で略円形に形成されるとともに、その厚みはレジン層２３２の厚みより薄く形成されている。このように構成される導電層２３３は、炭素繊維プリプレグ２３１の上に、レジン層２３２の内部に埋め込まれた状態で設けられている。尚、導電層２３３の材質や形状は本実施形態に限定されず、適宜設計変更が可能である。
【００２９】
ジャンパー２４は、導電層２３３と炭素繊維プリプレグ２３１とを電気的に接続するためのものである。このジャンパー２４は、図２及び図３に示すように、スパー本体２３を貫通して設けられる金属製のボルト２６と、このボルト２６に螺合されるナット２７と、を有している。
【００３０】
ボルト２６は、周面に雄ネジ（不図示）が切られた軸部２６ａと、この軸部２６ａの一端に設けられた傘状の頭部２６ｂと、を有している。このように構成されるボルト２６は、レジン層２３２に形成された導電層露出穴２３２ａの位置に配置され、その軸部２６ａが導電層２３３及び炭素繊維プリプレグ２３１にそれぞれ挿通されるとともに、導電層露出穴２３２ａから露出した導電層２３３の表面２３３ａに対して頭部２６ｂの下面が当接している。またこの状態において、軸部２６ａの先端がスパー本体２３の裏面から突出しており、この突出した軸部２６ａにナット２７が螺合されている。そして、ボルト２６の頭部２６ｂとナット２７とによってスパー本体２３を厚み方向に締め付けることにより、スパー本体２３に対してジャンパー２４が固定されている。
【００３１】
電子機器２５は、図２及び図３に示すように、レジン層２３２に形成された導電層露出穴２３２ａの位置に設置され、導電層露出穴２３２ａから露出した導電層２３３の表面２３３ａに対してその下面が当接している。従って電子機器２５は、電子機器２５に当接した導電層２３３及び導電層２３３に当接したジャンパー２４を介して、炭素繊維プリプレグ２３１に対して電気的に接続されている。これにより電子機器２５は、基準電位点との導通が確保された状態となっている。尚、電子機器２５の形状や大きさ等は本実施形態に限定されず、適宜設計変更が可能である。
【００３２】
次に、本発明の第１実施形態に係るＣＦＲＰ構造体であるスパー２の製造工程、及びその作用効果について説明する。図４及び図５は、第１実施形態に係るスパー２の製造工程を示す説明図である。
【００３３】
まず作業者は、炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａに導電層２３３を形成する。すなわち作業者は、図４（ａ）に示すように、熱硬化性樹脂を染み込ませた炭素繊維のシート２３１ｂを複数枚だけ積み重ね、図２及び図４（ａ）に示すように、炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａにおける所定位置に、導電層２３３を配置する。尚、炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａにおいて導電層２３３を配置する位置は、本実施形態に限定されず、電子機器２５やジャンパー２４を設置しようとする位置に応じて任意に変更が可能である。
【００３４】
次に作業者は、導電層２３３の表面２３１ａをマスキングする。すなわち作業者は、図２に示す導電層露出穴２３２ａの形状に応じてカットしたマスキングテープ５を、図４（ｂ）に示すように導電層２３３の表面２３１ａにおける所定位置、より詳細には電子機器２５やジャンパー２４を設置しようとする位置にそれぞれ貼付する。
【００３５】
次に作業者は、炭素繊維プリプレグ２３１を硬化させる。すなわち作業者は、表面２３１ａに導電層２３３が配置された状態の炭素繊維プリプレグ２３１を、いわゆるオートクレーブを用いて加圧及び加熱する。そうすると、炭素繊維プリプレグ２３１を構成する各シート２３１ｂに染み込んだ熱硬化性樹脂が硬化することにより、各シート２３１ｂが熱硬化性樹脂を介して一体化する。そしてこの時、図４（ｃ）に示すように、各シート２３１ｂから染み出した熱硬化性樹脂が、炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａを覆うように積層することによってレジン層２３２を形成する。これにより導電層２３３は、レジン層２３２の内部に埋没した状態となる。尚、導電層２３３の表面２３３ａにおいてマスキングテープ５を貼付した位置には、レジン層２３２は形成されない。
【００３６】
次に作業者は、導電層露出穴２３２ａを形成する。すなわち作業者は、図４（ｃ）に示す状態からマスキングテープ５をそれぞれ取り除く。ここで、前述のようにマスキングテープ５を貼付した位置にはレジン層２３２が形成されていないため、図５（ａ）に示すように、マスキングテープ５を取り除いた部分ではその下の導電層２３３の表面２３３ａが露出する。これにより、レジン層２３２に導電層露出穴２３２ａが形成される。
【００３７】
次に作業者は、このようにして形成したスパー本体２３にジャンパー２４を貫通させる。すなわち作業者は、図５（ｂ）に示すように、ジャンパー２４を構成するボルト２６の軸部２６ａを、レジン層２３２の導電層露出穴２３２ａから露出した導電層２３３に貫通させるとともに、その下のレジン層２３２を経て、更にその下の炭素繊維プリプレグ２３１へと貫通させる。そして、このボルト２６の頭部２６ｂの下面を導電層２３３の表面２３３ａに当接させる。また、この時作業者は、スパー本体２３の裏面から突出したボルト２６の軸部２６ａに対し、ナット２７を螺合させて締め付けることにより、ジャンパー２４をスパー本体２３に固定する。尚、ボルト２６をスパー本体２３に貫通させる際に、炭素繊維プリプレグ２３１の炭素繊維を切断するとその強度が低下する。従って作業者は、ボルト２６と炭素繊維との接触を確保しつつボルト２６で炭素繊維を切断しないよう、網目状の炭素繊維の空隙部分にボルト２６を挿入し、網目を押し広げるようにしてボルト２６を貫通させるのが望ましい。
【００３８】
次に作業者は、スパー本体２３に電子機器２５を取り付ける。すなわち作業者は、図５（ｂ）に示すように、レジン層２３２の導電層露出穴２３２ａから露出した導電層２３３の表面２３３ａに、電子機器２５をその下面が導電層２３３の表面２３３ａに当接するようにして取り付ける。従って電子機器２５は、これに当接した導電層２３３及び導電層２３３に当接したジャンパー２４を介して、基準電位点としての炭素繊維プリプレグ２３１に対して電気的に接続される。これにより電子機器２５は、基準電位点との導通が確保された状態となっている。以上により、ＣＦＲＰ構造体としてのスパー２が完成する。
【００３９】
以上説明したように、第１実施形態に係るスパー２の製造方法によれば、炭素繊維プリプレグ２３１の硬化時における導電層２３３の表面２３３ａへのレジン層２３２の形成をマスキングテープ５によって局所的に阻止することにより、ジャンパー２４と導電層２３３とをより確実に電気的に接続することができる。
【００４０】
また、導電層２３３を炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａに形成するので、導電層２３３に直接接触させて電子機器２５を設けることができる。これにより、電子機器２５と導電層２３３とを電気的に接続する配線等を別途設ける必要がないため、簡略な構成によって電子機器２５のアースを取ることができる。
【００４１】
また、ジャンパー２４に設けた頭部２６ｂを導電層２３３の表面２３３ａに当接させるので、この頭部２６ｂによって導電層２３３とジャンパー２４とをより確実に電気的に接続することができる。
【００４２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るＣＦＲＰ構造体の構成について説明する。第２実施形態でも、ＣＦＲＰ構造体として、航空機の主翼を構成するスパーを例に説明する。
【００４３】
図６は、第２実施形態に係るスパー１０の構成を示す概略断面図である。第２実施形態に係るスパー１０は、図３に示す第１実施形態に係るスパー２と比較すると、ジャンパー１１の構成のみが異なっている。尚、それ以外の構成については第１実施形態と同じであるため、図３と同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００４４】
第２実施形態に係るジャンパー１１は、図６に示すように、スパー本体２３を貫通して設けられる金属製のボルト１２のみで構成される。そして、このボルト１２は、軸部１２ａとその一端に設けられた傘状の頭部１２ｂとを有する点で第１実施形態のボルト１２と同じであるが、軸部１２ａの形状が第１実施形態のボルト２６とは異なっている。より詳細には、第２実施形態のボルト１２の軸部１２ａは楔形の断面形状、すなわちその長手方向に沿って基端側から先端側に向かって徐々に幅が狭くなる断面形状を有している。
【００４５】
このようなジャンパー１１の構成によれば、ボルト１２の軸部１２ａの先端が幅狭になっているため、作業者が軸部１２ａをスパー本体２３に貫通させる工程において、炭素繊維プリプレグ２３１を構成する網目状の炭素繊維の空隙部分を押し広げながら、軸部１２ａの先端が挿入される。また、軸部１２ａを炭素繊維プリプレグ２３１に深く挿入するに従って、基端側に向かって徐々に幅広になる軸部１２ａが炭素繊維の網目を押し広げるため、炭素繊維が切断されることがなく、導電体としての炭素繊維の連続性が確保され、炭素繊維全体の電気伝導性を確保することができる。
【００４６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るＣＦＲＰ構造体の構成について説明する。第３実施形態でも、ＣＦＲＰ構造体として、航空機の主翼を構成するスパーを例に説明する。
【００４７】
図７は、第３実施形態に係るスパー４０の製造工程を示す説明図である。第３実施形態に係るスパー４０は、図３に示す第１実施形態に係るスパー４０と比較すると、ジャンパー４１及び電子機器４２の構成がそれぞれ異なっている。尚、それ以外の構成については第１実施形態と同じであるため、図３と同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００４８】
第３実施形態に係るジャンパー４１は、図７に示すように、スパー本体２３を貫通して設けられる金属製のボルト４３と、このボルト４３に螺合されるナット４４と、を有している。そして、ボルト４３は、軸部４３ａとその一端に設けられた傘状の頭部４３ｂとを有する点で第１実施形態のボルト４３と同じであるが、頭部４３ｂの下面に複数の突起４５が設けられている点で第１実施形態のボルト４３とは異なっている。この突起４５は、その先端部が先鋭な形状にそれぞれ形成されている。
【００４９】
第３実施形態に係る電子機器４２は、図７に示すように、その下面に複数の突起４６が設けられている点で第１実施形態の電子機器４２とは異なっている。この突起４６も、その先端部が先鋭な形状にそれぞれ形成されている。
【００５０】
このようなジャンパー４１及び電子機器４２の構成によれば、その下面に設けた突起４５，４６を使用することにより、スパー本体２３への取り付け作業を簡略化することができる。より詳細に説明すると、第３実施形態に係るスパー４０を製造しようとする作業者は、図７（ａ）に示すように、まず炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａに導電層２３３を形成する。すなわち作業者は、第１実施形態と同様に、熱硬化性樹脂を染み込ませた炭素繊維のシート２３１ｂを複数枚だけ積み重ね、炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａにおける所定位置に導電層２３３を配置する。
【００５１】
次に作業者は、第１実施形態と同様に、炭素繊維プリプレグ２３１を加圧及び加熱して熱硬化性樹脂を硬化させることにより、炭素繊維プリプレグ２３１を硬化させる。そうすると、図７（ｂ）に示すように、各炭素繊維プリプレグ２３１を構成するシート２３１ｂから染み出した熱硬化性樹脂が炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａに形成することによってレジン層２３２を形成する。ここで、第３実施形態では第１実施形態のように導電層２３３の表面２３１ａにマスキングを施さないため、炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａ全体に渡ってレジン層２３２が形成される。
【００５２】
次に作業者は、スパー本体２３に対してジャンパー４１を貫通させる。すなわち作業者は、図７（ｃ）に示すように、ジャンパー４１を構成するボルト４３の軸部４３ａを、レジン層２３２に貫通させるとともに、その下の導電層２３３から更にその下のレジン層２３２を経て、最後に炭素繊維プリプレグ２３１へと貫通させる。そして作業者は、図７（ｄ）に示すように、ボルト４３の頭部４３ｂの下面を導電層２３３の表面２３３ａに当接させる。この時、頭部４３ｂの下面に設けられた先鋭な突起４５がレジン層２３２を破ることにより、ボルト４３の頭部４３ｂの下面を導電層２３３の表面２３３ａに対して確実に接触して導通を確保することができる。そして作業者は、スパー本体２３の裏面から突出したボルト４３の軸部４３ａに対し、ナット４４を螺合させて締め付けることにより、ジャンパー４１をスパー本体２３に固定する。
【００５３】
次に作業者は、スパー本体２３に電子機器４２を取り付ける。すなわち作業者は、図７（ｃ）に示すように、電子機器４２をその下面が導電層２３３の表面２３３ａに当接するようにしてスパー本体２３に対して取り付ける。この時、電子機器４２の下面に設けられた先鋭な突起４６がレジン層２３２を破ることにより、電子機器４２の下面を導電層２３３の表面２３３ａに対して確実に当接させることができる。
【００５４】
このように、第３実施形態に係るスパー４０の製造方法によれば、炭素繊維プリプレグ２３１を硬化させる工程に先立ってその表面２３１ａにマスキングを施す等の前処理を行う必要がないため、作業工程の削減による省力化及びマスキングテープ５等の削減によるコストダウンを図ることができる。
【００５５】
尚、本実施形態ではジャンパー４１及び電子機器４２のそれぞれに突起４５及び突起４６をそれぞれ設けたが、電子機器４２の下面に突起４６を設けることは本発明に必須の構成ではなく、少なくともジャンパー４１に突起４５が設けられていれば足りる。
【００５６】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係るＣＦＲＰ構造体の構成について説明する。第４実施形態でも、ＣＦＲＰ構造体として、航空機の主翼を構成するスパーを例に説明する。
【００５７】
図８は、第４実施形態に係るスパー５０の一部分を示す概略斜視図である。第４実施形態に係るスパー５０は、図２に示す第１実施形態に係るスパー２と比較すると、導電層５１の構成のみが異なっている。それ以外の構成については第１実施形態と同じであるため、図２と同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００５８】
第４実施形態に係る導電層５１は、金属製の薄板部材であって導電性を有する点、その厚みがレジン層２３２の厚みより薄く形成されている点、及びレジン層２３２の内部に埋め込まれた状態で設けられている点、において第１実施形態の導電層２３３と同じである。しかし、第４実施形態に係る導電層５１は、平面視で帯状にすなわち細長い略矩形形状に形成されている点で第１実施形態の導電層２３３とは異なっている。そして図８に示すように、導電層５１の長手方向への寸法は、炭素繊維プリプレグ２３１の幅寸法と略等しく設定されている。
【００５９】
このような導電層５１の構成によれば、導電層５１の長手方向両端部が炭素繊維プリプレグ２３１の幅方向両端部にまでそれぞれ達している。従って、図に詳細は示さないが、図８に示すスパー５０とこれに隣接して設置されるスパー５０とを電気的に接続する必要がある場合に、各スパー５０の導電層５１の長手方向端部同士を電気配線で接続すれば、電気配線の長さを最小限に抑えることができるという利点がある。
【００６０】
尚、以上説明した各実施形態では、ＣＦＲＰ構造体の一例として航空機の主翼１を構成するスパー２，１０，４０，５０について説明したが、ＣＦＲＰ構造体はスパー２，１０，４０，５０に限られず、例えば図１に示す上面パネル３１を構成する上面スキン３１ａ及びストリンガー３１ｂや、下面パネル３２を構成する下面スキン３２ａ及びストリンガー３２ｂ等であってもよい。更にＣＦＲＰ構造体は、航空機の主翼１の構成要素に限られず、任意の構造物の構成要素であってもよい。
【００６１】
また、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 主翼
１０ スパー（第２実施形態）
１１ ジャンパー
１２ ボルト
２ スパー
２１ フロントスパー
２２ リアスパー
２３ スパー本体
２３１ 炭素繊維プリプレグ
２３１ａ 表面（炭素繊維プリプレグ）
２３１ｂ シート（炭素繊維プリプレグ）
２３２ レジン層
２３２ａ 導電層露出穴
２３３ 導電層
２３３ａ 表面（導電層）
２４ ジャンパー
２５ 電子機器
２６ ボルト
２６ａ 軸部
２６ｂ 頭部
２７ ナット
３ パネル
３１ 上面パネル
３１ａ 上面スキン
３１ｂ ストリンガー
３２ 下面パネル
３２ａ 下面スキン
３２ｂ ストリンガー
４ リブ
４０ スパー（第３実施形態）
４１ ジャンパー
４２ 電子機器
４３ ボルト
４３ａ 軸部
４３ｂ 頭部
４４ ナット
４５ 突起（ジャンパー）
４６ 突起（電子機器）
５ マスキングテープ
５０ スパー（第４実施形態）
５１ 導電層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化プラスチックからなる炭素繊維強化プラスチック構造体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、航空機の主翼を構成する構造体は、アルミ合金のような金属部材によって構成されるのが一般的であった。そして、このような金属製の構造体は、構造物としての機能の他に、その表面に取り付けられた各種の電子機器についてアースを取る、すなわち基準電位点との導通を確保するという２次的な機能を有していた。
【０００３】
しかし近年、主翼の軽量化や高強度化等の観点から、主翼の主要な構造体をいわゆる複合材、例えば炭素繊維強化プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ」と略す）で構成することが進められている（例えば、特許文献１を参照）。この炭素繊維強化プラスチック構造体（以下、「ＣＦＲＰ構造体」と略す）は、炭素繊維に熱硬化性樹脂を染み込ませたシートを複数枚積層してなる炭素繊維プリプレグを加熱し、熱硬化性樹脂を硬化させることによって各シートを一体化したものである。そして、このようなＣＦＲＰ構造体は、炭素繊維プリプレグの加熱時に炭素繊維から染み出した熱硬化性樹脂によって、その表面にいわゆるレジン層が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１９３２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のＣＦＲＰ構造体は、炭素繊維自体は導電性を有するものの、その表面が導電性のないレジン層によって覆われているため、構造体全体としては導電性を有さない。従って、従来のＣＦＲＰ構造体には、その表面に取り付けられた電子機器についてアースを取るという二次的な機能を持たせることができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、炭素繊維強化プラスチックからなるＣＦＲＰ構造体に、その表面に取り付けられた電子機器についてアースを取るという二次的な機能を付加する手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係る炭素繊維強化プラスチック構造体は、炭素繊維プリプレグに積層して形成された導電層と、この導電層及び前記炭素繊維プリプレグを貫通する導電体製のジャンパーと、を有することを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、導電層に接触して電子機器を設けた場合、この電子機器が導電層及びジャンパーを介して、基準電位点としての炭素繊維プリプレグに対して電気的に接続される。これにより、炭素繊維強化プラスチック構造体の上に設けられた電子機器についてアースを取ることができる。
【０００９】
また、本発明に係る炭素繊維強化プラスチック構造体は、前記導電層が、前記炭素繊維プリプレグの表面に形成されたことを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、導電層が炭素繊維プリプレグの表面に形成されているので、導電層に直接接触させて電子機器を設けることができる。これにより、電子機器と導電層とを電気的に接続する配線等が不要であるため、簡略な構成によって電子機器についてアースを取ることができる。
【００１１】
また、本発明に係る炭素繊維強化プラスチック構造体は、前記ジャンパーの端部に、前記導電層の表面に接する頭部を設けたことを特徴とする。
【００１２】
このような構成によれば、導電層に接する頭部により、ジャンパーと導電層とがより確実に電気的に接続される。
【００１３】
また、本発明に係る炭素繊維強化プラスチック構造体の製造方法は、炭素繊維プリプレグの表面に導電層を形成する工程と、前記導電層の表面をマスキングする工程と、前記炭素繊維プリプレグを硬化させる工程と、前記マスキングを除去して前記導電層を露出させる工程と、前記導電層に接する導電体製のジャンパーを前記炭素繊維プリプレグに貫通させる工程と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
このような製造方法によれば、炭素繊維プリプレグの硬化時にその表面にレジン層が形成されるのを局所的に阻止することができるので、ジャンパーと導電層との電気的な接続をより確実なものとすることができる。
また、導電層に接触して電子機器を設けた場合、この電子機器が導電層及びジャンパーを介して、基準電位点としての炭素繊維プリプレグに対して電気的に接続される。これにより、炭素繊維強化プラスチック構造体の上に設けられた電子機器についてアースを取ることができる。
【００１５】
また、本発明に係る炭素繊維強化プラスチック構造体の製造方法は、炭素繊維プリプレグの表面に導電層を形成する工程と、前記炭素繊維プリプレグを硬化させる工程と、下面に突起を有する導電体製のジャンパーを、前記炭素繊維プリプレグの硬化時にその表面に形成されたレジン層を前記突起で破りながら、前記炭素繊維プリプレグに貫通させる工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
このような製造方法によれば、ジャンパーを炭素繊維プリプレグに貫通させる際に、ジャンパー自体に設けた突起によってレジン層を破ることにより、ジャンパーの頭部と導電層とを接触させることができる。これにより、炭素繊維プリプレグを硬化させる工程に先立ってその表面にマスキングを施す等の前処理を行う必要がないため、作業工程の削減による省力化及びマスキングテープ等の削減によるコストダウンを図ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る炭素繊維強化プラスチック構造体によれば、炭素繊維強化プラスチックからなる炭素繊維強化プラスチック構造体に、その表面に取り付けられた電子機器についてアースを取ることができるという二次的な機能を付加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る主翼の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】第１実施形態に係るスパーの一部分を示す概略斜視図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面を示す概略断面図である。
【図４】第１実施形態に係るスパーの製造工程を示す説明図である。
【図５】第１実施形態に係るスパーの製造工程を示す説明図である。
【図６】第２実施形態に係るスパーの構成を示す概略断面図である。
【図７】第３実施形態に係るスパーの製造工程を示す説明図である。
【図８】第４実施形態に係るスパーの一部分を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の第１実施形態に係るＣＦＲＰ構造体の構成について説明する。本実施形態では、ＣＦＲＰ構造体の一例として、航空機の主翼を構成する部材について説明する。
【００２０】
図１は、主翼１の概略構成を示す分解斜視図である。主翼１は、その長手方向に沿って両側部を形成する一対のスパー２と、その上面及び下面を形成する一対のパネル３と、その内部に設けられる複数のリブ４と、を備えるものである。
【００２１】
一対のスパー２は、図１に示すように、主翼１の両側部のうち航空機前方側の側部を形成するフロントスパー２１と、航空機後方側の側部を形成するリアスパー２２と、を具備している。このように構成される一対のスパー２は、それぞれの開口部を互いに向かい合わせるようにして、所定間隔でそれぞれ配置される。尚、これらフロントスパー２１及びリアスパー２２は、共に炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）が成形されてなる部材である。
【００２２】
一対のパネル３は、図１に示すように、主翼１の上面を形成する上面パネル３１と、下面を構成する下面パネル３２と、具備している。そして、上面パネル３１は、湾曲した断面形状を有する板状の上面スキン３１ａと、この上面スキン３１ａの一方の面に設けられてその曲げ剛性を高める複数本のストリンガー３１ｂとを有している。尚、これら上面スキン３１ａ及びストリンガー３１ｂは、共に炭素繊維強化プラスチックが成形されてなる部材である。同様に、下面パネル３２は、下面スキン３２ａと複数本のストリンガー３２ｂとを有しており、これらも共に炭素繊維強化プラスチックが成形されてなる部材である。
【００２３】
複数のリブ４は、主翼１を構造的に補強するためのものである。このリブ４は、図１に示すように主翼１の長手方向に所定間隔で設けられ、各リブ４の一端はフロントスパー２１に他端はリアスパー２２にそれぞれ接続されている。これにより、フロントスパー２１とリアスパー２２は一定間隔で保持されている。尚、これらリブ４は、全て金属製の部材である。
【００２４】
図２及び図３は、第１実施形態に係るＣＦＲＰ構造体としてのスパー２を示す図であって、図２はスパー２の一部分を示す概略斜視図、図３は図２におけるＡ−Ａ断面を示す概略断面図である。スパー２は、ＣＦＲＰからなるスパー本体２３と、このスパー本体２３を貫通して設けられたジャンパー２４と、スパー本体２３の表面に取り付けられた電子機器２５とを備えている。
【００２５】
スパー本体２３は、図３に示すように、層状の炭素繊維プリプレグ２３１と、この炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａに形成されたレジン層２３２と、このレジン層２３２の内部に埋め込んで設けられた導電層２３３と、を具備している。
【００２６】
炭素繊維プリプレグ２３１は、基準電位点としての役割を果たすものである。この炭素繊維プリプレグ２３１は、図３に示すように、熱硬化性樹脂（不図示）を炭素繊維に染み込ませてなるシート２３１ｂを複数枚積層し、熱硬化性樹脂を硬化させることによって各シート２３１ｂを一体化したものである。そして、炭素繊維によって構成されるこの炭素繊維プリプレグ２３１は導電性を有している。
【００２７】
レジン層２３２は、熱硬化性樹脂の硬化時に炭素繊維から染み出した熱硬化性樹脂が炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａに形成したものである。熱硬化性樹脂によって構成されるこのレジン層２３２は、導電性を有さない絶縁体である。このレジン層２３２は、図２及び図３に示すように、炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａを覆うようにして形成され、その所定箇所を貫通して、導電層２３３を露出させるための導電層露出穴２３２ａが複数形成されている。
【００２８】
導電層２３３は、銅やアルミニウム等の金属からなる薄板部材であって導電性を有している。この導電層２３３は、図２及び図３に示すように、平面視で略円形に形成されるとともに、その厚みはレジン層２３２の厚みより薄く形成されている。このように構成される導電層２３３は、炭素繊維プリプレグ２３１の上に、レジン層２３２の内部に埋め込まれた状態で設けられている。尚、導電層２３３の材質や形状は本実施形態に限定されず、適宜設計変更が可能である。
【００２９】
ジャンパー２４は、導電層２３３と炭素繊維プリプレグ２３１とを電気的に接続するためのものである。このジャンパー２４は、図２及び図３に示すように、スパー本体２３を貫通して設けられる金属製のボルト２６と、このボルト２６に螺合されるナット２７と、を有している。
【００３０】
ボルト２６は、周面に雄ネジ（不図示）が切られた軸部２６ａと、この軸部２６ａの一端に設けられた傘状の頭部２６ｂと、を有している。このように構成されるボルト２６は、レジン層２３２に形成された導電層露出穴２３２ａの位置に配置され、その軸部２６ａが導電層２３３及び炭素繊維プリプレグ２３１にそれぞれ挿通されるとともに、導電層露出穴２３２ａから露出した導電層２３３の表面２３３ａに対して頭部２６ｂの下面が当接している。またこの状態において、軸部２６ａの先端がスパー本体２３の裏面から突出しており、この突出した軸部２６ａにナット２７が螺合されている。そして、ボルト２６の頭部２６ｂとナット２７とによってスパー本体２３を厚み方向に締め付けることにより、スパー本体２３に対してジャンパー２４が固定されている。
【００３１】
電子機器２５は、図２及び図３に示すように、レジン層２３２に形成された導電層露出穴２３２ａの位置に設置され、導電層露出穴２３２ａから露出した導電層２３３の表面２３３ａに対してその下面が当接している。従って電子機器２５は、電子機器２５に当接した導電層２３３及び導電層２３３に当接したジャンパー２４を介して、炭素繊維プリプレグ２３１に対して電気的に接続されている。これにより電子機器２５は、基準電位点との導通が確保された状態となっている。尚、電子機器２５の形状や大きさ等は本実施形態に限定されず、適宜設計変更が可能である。
【００３２】
次に、本発明の第１実施形態に係るＣＦＲＰ構造体であるスパー２の製造工程、及びその作用効果について説明する。図４及び図５は、第１実施形態に係るスパー２の製造工程を示す説明図である。
【００３３】
まず作業者は、炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａに導電層２３３を形成する。すなわち作業者は、図４（ａ）に示すように、熱硬化性樹脂を染み込ませた炭素繊維のシート２３１ｂを複数枚だけ積み重ね、図２及び図４（ａ）に示すように、炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａにおける所定位置に、導電層２３３を配置する。尚、炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａにおいて導電層２３３を配置する位置は、本実施形態に限定されず、電子機器２５やジャンパー２４を設置しようとする位置に応じて任意に変更が可能である。
【００３４】
次に作業者は、導電層２３３の表面２３１ａをマスキングする。すなわち作業者は、図２に示す導電層露出穴２３２ａの形状に応じてカットしたマスキングテープ５を、図４（ｂ）に示すように導電層２３３の表面２３１ａにおける所定位置、より詳細には電子機器２５やジャンパー２４を設置しようとする位置にそれぞれ貼付する。
【００３５】
次に作業者は、炭素繊維プリプレグ２３１を硬化させる。すなわち作業者は、表面２３１ａに導電層２３３が配置された状態の炭素繊維プリプレグ２３１を、いわゆるオートクレーブを用いて加圧及び加熱する。そうすると、炭素繊維プリプレグ２３１を構成する各シート２３１ｂに染み込んだ熱硬化性樹脂が硬化することにより、各シート２３１ｂが熱硬化性樹脂を介して一体化する。そしてこの時、図４（ｃ）に示すように、各シート２３１ｂから染み出した熱硬化性樹脂が、炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａを覆うように積層することによってレジン層２３２を形成する。これにより導電層２３３は、レジン層２３２の内部に埋没した状態となる。尚、導電層２３３の表面２３３ａにおいてマスキングテープ５を貼付した位置には、レジン層２３２は形成されない。
【００３６】
次に作業者は、導電層露出穴２３２ａを形成する。すなわち作業者は、図４（ｃ）に示す状態からマスキングテープ５をそれぞれ取り除く。ここで、前述のようにマスキングテープ５を貼付した位置にはレジン層２３２が形成されていないため、図５（ａ）に示すように、マスキングテープ５を取り除いた部分ではその下の導電層２３３の表面２３３ａが露出する。これにより、レジン層２３２に導電層露出穴２３２ａが形成される。
【００３７】
次に作業者は、このようにして形成したスパー本体２３にジャンパー２４を貫通させる。すなわち作業者は、図５（ｂ）に示すように、ジャンパー２４を構成するボルト２６の軸部２６ａを、レジン層２３２の導電層露出穴２３２ａから露出した導電層２３３に貫通させるとともに、その下のレジン層２３２を経て、更にその下の炭素繊維プリプレグ２３１へと貫通させる。そして、このボルト２６の頭部２６ｂの下面を導電層２３３の表面２３３ａに当接させる。また、この時作業者は、スパー本体２３の裏面から突出したボルト２６の軸部２６ａに対し、ナット２７を螺合させて締め付けることにより、ジャンパー２４をスパー本体２３に固定する。尚、ボルト２６をスパー本体２３に貫通させる際に、炭素繊維プリプレグ２３１の炭素繊維を切断するとその強度が低下する。従って作業者は、ボルト２６と炭素繊維との接触を確保しつつボルト２６で炭素繊維を切断しないよう、網目状の炭素繊維の空隙部分にボルト２６を挿入し、網目を押し広げるようにしてボルト２６を貫通させるのが望ましい。
【００３８】
次に作業者は、スパー本体２３に電子機器２５を取り付ける。すなわち作業者は、図５（ｂ）に示すように、レジン層２３２の導電層露出穴２３２ａから露出した導電層２３３の表面２３３ａに、電子機器２５をその下面が導電層２３３の表面２３３ａに当接するようにして取り付ける。従って電子機器２５は、これに当接した導電層２３３及び導電層２３３に当接したジャンパー２４を介して、基準電位点としての炭素繊維プリプレグ２３１に対して電気的に接続される。これにより電子機器２５は、基準電位点との導通が確保された状態となっている。以上により、ＣＦＲＰ構造体としてのスパー２が完成する。
【００３９】
以上説明したように、第１実施形態に係るスパー２の製造方法によれば、炭素繊維プリプレグ２３１の硬化時における導電層２３３の表面２３３ａへのレジン層２３２の形成をマスキングテープ５によって局所的に阻止することにより、ジャンパー２４と導電層２３３とをより確実に電気的に接続することができる。
【００４０】
また、導電層２３３を炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａに形成するので、導電層２３３に直接接触させて電子機器２５を設けることができる。これにより、電子機器２５と導電層２３３とを電気的に接続する配線等を別途設ける必要がないため、簡略な構成によって電子機器２５のアースを取ることができる。
【００４１】
また、ジャンパー２４に設けた頭部２６ｂを導電層２３３の表面２３３ａに当接させるので、この頭部２６ｂによって導電層２３３とジャンパー２４とをより確実に電気的に接続することができる。
【００４２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るＣＦＲＰ構造体の構成について説明する。第２実施形態でも、ＣＦＲＰ構造体として、航空機の主翼を構成するスパーを例に説明する。
【００４３】
図６は、第２実施形態に係るスパー１０の構成を示す概略断面図である。第２実施形態に係るスパー１０は、図３に示す第１実施形態に係るスパー２と比較すると、ジャンパー１１の構成のみが異なっている。尚、それ以外の構成については第１実施形態と同じであるため、図３と同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００４４】
第２実施形態に係るジャンパー１１は、図６に示すように、スパー本体２３を貫通して設けられる金属製のボルト１２のみで構成される。そして、このボルト１２は、軸部１２ａとその一端に設けられた傘状の頭部１２ｂとを有する点で第１実施形態のボルト１２と同じであるが、軸部１２ａの形状が第１実施形態のボルト２６とは異なっている。より詳細には、第２実施形態のボルト１２の軸部１２ａは楔形の断面形状、すなわちその長手方向に沿って基端側から先端側に向かって徐々に幅が狭くなる断面形状を有している。
【００４５】
このようなジャンパー１１の構成によれば、ボルト１２の軸部１２ａの先端が幅狭になっているため、作業者が軸部１２ａをスパー本体２３に貫通させる工程において、炭素繊維プリプレグ２３１を構成する網目状の炭素繊維の空隙部分を押し広げながら、軸部１２ａの先端が挿入される。また、軸部１２ａを炭素繊維プリプレグ２３１に深く挿入するに従って、基端側に向かって徐々に幅広になる軸部１２ａが炭素繊維の網目を押し広げるため、炭素繊維が切断されることがなく、導電体としての炭素繊維の連続性が確保され、炭素繊維全体の電気伝導性を確保することができる。
【００４６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るＣＦＲＰ構造体の構成について説明する。第３実施形態でも、ＣＦＲＰ構造体として、航空機の主翼を構成するスパーを例に説明する。
【００４７】
図７は、第３実施形態に係るスパー４０の製造工程を示す説明図である。第３実施形態に係るスパー４０は、図３に示す第１実施形態に係るスパー４０と比較すると、ジャンパー４１及び電子機器４２の構成がそれぞれ異なっている。尚、それ以外の構成については第１実施形態と同じであるため、図３と同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００４８】
第３実施形態に係るジャンパー４１は、図７に示すように、スパー本体２３を貫通して設けられる金属製のボルト４３と、このボルト４３に螺合されるナット４４と、を有している。そして、ボルト４３は、軸部４３ａとその一端に設けられた傘状の頭部４３ｂとを有する点で第１実施形態のボルト４３と同じであるが、頭部４３ｂの下面に複数の突起４５が設けられている点で第１実施形態のボルト４３とは異なっている。この突起４５は、その先端部が先鋭な形状にそれぞれ形成されている。
【００４９】
第３実施形態に係る電子機器４２は、図７に示すように、その下面に複数の突起４６が設けられている点で第１実施形態の電子機器４２とは異なっている。この突起４６も、その先端部が先鋭な形状にそれぞれ形成されている。
【００５０】
このようなジャンパー４１及び電子機器４２の構成によれば、その下面に設けた突起４５，４６を使用することにより、スパー本体２３への取り付け作業を簡略化することができる。より詳細に説明すると、第３実施形態に係るスパー４０を製造しようとする作業者は、図７（ａ）に示すように、まず炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａに導電層２３３を形成する。すなわち作業者は、第１実施形態と同様に、熱硬化性樹脂を染み込ませた炭素繊維のシート２３１ｂを複数枚だけ積み重ね、炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａにおける所定位置に導電層２３３を配置する。
【００５１】
次に作業者は、第１実施形態と同様に、炭素繊維プリプレグ２３１を加圧及び加熱して熱硬化性樹脂を硬化させることにより、炭素繊維プリプレグ２３１を硬化させる。そうすると、図７（ｂ）に示すように、各炭素繊維プリプレグ２３１を構成するシート２３１ｂから染み出した熱硬化性樹脂が炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａに形成することによってレジン層２３２を形成する。ここで、第３実施形態では第１実施形態のように導電層２３３の表面２３１ａにマスキングを施さないため、炭素繊維プリプレグ２３１の表面２３１ａ全体に渡ってレジン層２３２が形成される。
【００５２】
次に作業者は、スパー本体２３に対してジャンパー４１を貫通させる。すなわち作業者は、図７（ｃ）に示すように、ジャンパー４１を構成するボルト４３の軸部４３ａを、レジン層２３２に貫通させるとともに、その下の導電層２３３から更にその下のレジン層２３２を経て、最後に炭素繊維プリプレグ２３１へと貫通させる。そして作業者は、図７（ｄ）に示すように、ボルト４３の頭部４３ｂの下面を導電層２３３の表面２３３ａに当接させる。この時、頭部４３ｂの下面に設けられた先鋭な突起４５がレジン層２３２を破ることにより、ボルト４３の頭部４３ｂの下面を導電層２３３の表面２３３ａに対して確実に接触して導通を確保することができる。そして作業者は、スパー本体２３の裏面から突出したボルト４３の軸部４３ａに対し、ナット４４を螺合させて締め付けることにより、ジャンパー４１をスパー本体２３に固定する。
【００５３】
次に作業者は、スパー本体２３に電子機器４２を取り付ける。すなわち作業者は、図７（ｃ）に示すように、電子機器４２をその下面が導電層２３３の表面２３３ａに当接するようにしてスパー本体２３に対して取り付ける。この時、電子機器４２の下面に設けられた先鋭な突起４６がレジン層２３２を破ることにより、電子機器４２の下面を導電層２３３の表面２３３ａに対して確実に当接させることができる。
【００５４】
このように、第３実施形態に係るスパー４０の製造方法によれば、炭素繊維プリプレグ２３１を硬化させる工程に先立ってその表面２３１ａにマスキングを施す等の前処理を行う必要がないため、作業工程の削減による省力化及びマスキングテープ５等の削減によるコストダウンを図ることができる。
【００５５】
尚、本実施形態ではジャンパー４１及び電子機器４２のそれぞれに突起４５及び突起４６をそれぞれ設けたが、電子機器４２の下面に突起４６を設けることは本発明に必須の構成ではなく、少なくともジャンパー４１に突起４５が設けられていれば足りる。
【００５６】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係るＣＦＲＰ構造体の構成について説明する。第４実施形態でも、ＣＦＲＰ構造体として、航空機の主翼を構成するスパーを例に説明する。
【００５７】
図８は、第４実施形態に係るスパー５０の一部分を示す概略斜視図である。第４実施形態に係るスパー５０は、図２に示す第１実施形態に係るスパー２と比較すると、導電層５１の構成のみが異なっている。それ以外の構成については第１実施形態と同じであるため、図２と同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００５８】
第４実施形態に係る導電層５１は、金属製の薄板部材であって導電性を有する点、その厚みがレジン層２３２の厚みより薄く形成されている点、及びレジン層２３２の内部に埋め込まれた状態で設けられている点、において第１実施形態の導電層２３３と同じである。しかし、第４実施形態に係る導電層５１は、平面視で帯状にすなわち細長い略矩形形状に形成されている点で第１実施形態の導電層２３３とは異なっている。そして図８に示すように、導電層５１の長手方向への寸法は、炭素繊維プリプレグ２３１の幅寸法と略等しく設定されている。
【００５９】
このような導電層５１の構成によれば、導電層５１の長手方向両端部が炭素繊維プリプレグ２３１の幅方向両端部にまでそれぞれ達している。従って、図に詳細は示さないが、図８に示すスパー５０とこれに隣接して設置されるスパー５０とを電気的に接続する必要がある場合に、各スパー５０の導電層５１の長手方向端部同士を電気配線で接続すれば、電気配線の長さを最小限に抑えることができるという利点がある。
【００６０】
尚、以上説明した各実施形態では、ＣＦＲＰ構造体の一例として航空機の主翼１を構成するスパー２，１０，４０，５０について説明したが、ＣＦＲＰ構造体はスパー２，１０，４０，５０に限られず、例えば図１に示す上面パネル３１を構成する上面スキン３１ａ及びストリンガー３１ｂや、下面パネル３２を構成する下面スキン３２ａ及びストリンガー３２ｂ等であってもよい。更にＣＦＲＰ構造体は、航空機の主翼１の構成要素に限られず、任意の構造物の構成要素であってもよい。
【００６１】
また、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 主翼
１０ スパー（第２実施形態）
１１ ジャンパー
１２ ボルト
２ スパー
２１ フロントスパー
２２ リアスパー
２３ スパー本体
２３１ 炭素繊維プリプレグ
２３１ａ 表面（炭素繊維プリプレグ）
２３１ｂ シート（炭素繊維プリプレグ）
２３２ レジン層
２３２ａ 導電層露出穴
２３３ 導電層
２３３ａ 表面（導電層）
２４ ジャンパー
２５ 電子機器
２６ ボルト
２６ａ 軸部
２６ｂ 頭部
２７ ナット
３ パネル
３１ 上面パネル
３１ａ 上面スキン
３１ｂ ストリンガー
３２ 下面パネル
３２ａ 下面スキン
３２ｂ ストリンガー
４ リブ
４０ スパー（第３実施形態）
４１ ジャンパー
４２ 電子機器
４３ ボルト
４３ａ 軸部
４３ｂ 頭部
４４ ナット
４５ 突起（ジャンパー）
４６ 突起（電子機器）
５ マスキングテープ
５０ スパー（第４実施形態）
５１ 導電層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維プリプレグに積層して形成された導電層と、この導電層及び前記炭素繊維プリプレグを貫通する導電体製のジャンパーと、を有することを特徴とする炭素繊維強化プラスチック構造体。
【請求項２】
前記導電層が、前記炭素繊維プリプレグの表面に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維強化プラスチック構造体。
【請求項３】
前記ジャンパーの端部に、前記導電層の表面に接する頭部を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の炭素繊維強化プラスチック構造体。
【請求項４】
炭素繊維プリプレグの表面に導電層を形成する工程と、
前記導電層の表面をマスキングする工程と、
前記炭素繊維プリプレグを硬化させる工程と、
前記マスキングを除去して前記導電層を露出させる工程と、
前記導電層に接する導電体製のジャンパーを前記炭素繊維プリプレグに貫通させる工程と、
を含むことを特徴とする炭素繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項５】
炭素繊維プリプレグの表面に導電層を形成する工程と、
前記炭素繊維プリプレグを硬化させる工程と、
下面に突起を有する導電体製のジャンパーを、前記炭素繊維プリプレグの硬化時にその表面に形成されたレジン層を前記突起で破りながら、前記炭素繊維プリプレグに貫通させる工程と、
を含むことを特徴とする炭素繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項１】
炭素繊維プリプレグに積層して形成された導電層と、この導電層及び前記炭素繊維プリプレグを貫通する導電体製のジャンパーと、を有することを特徴とする炭素繊維強化プラスチック構造体。
【請求項２】
前記導電層が、前記炭素繊維プリプレグの表面に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維強化プラスチック構造体。
【請求項３】
前記ジャンパーの端部に、前記導電層の表面に接する頭部を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の炭素繊維強化プラスチック構造体。
【請求項４】
炭素繊維プリプレグの表面に導電層を形成する工程と、
前記導電層の表面をマスキングする工程と、
前記炭素繊維プリプレグを硬化させる工程と、
前記マスキングを除去して前記導電層を露出させる工程と、
前記導電層に接する導電体製のジャンパーを前記炭素繊維プリプレグに貫通させる工程と、
を含むことを特徴とする炭素繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項５】
炭素繊維プリプレグの表面に導電層を形成する工程と、
前記炭素繊維プリプレグを硬化させる工程と、
下面に突起を有する導電体製のジャンパーを、前記炭素繊維プリプレグの硬化時にその表面に形成されたレジン層を前記突起で破りながら、前記炭素繊維プリプレグに貫通させる工程と、
を含むことを特徴とする炭素繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１６６５０６（Ｐ２０１２−１６６５０６Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３０８８３（Ｐ２０１１−３０８８３）
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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