積層複合材料及び積層複合材料の製造方法
【課題】Ｒ部を形成するように一方向繊維層を複数枚積層した積層複合材料であって、前記Ｒ部の強度を上げることができる積層複合材料及びその製造方法を提供する。
【解決手段】繊維を方向性を持たせたままプラスチックの中に入れて強化することで形成される一方向繊維強化層１６を、前記繊維の方向が厚さ方向に対称となり、且つＲ部を形成するように複数積層した繊維強化層積層部を有する積層複合材料において、前記Ｒ部の始端から終端の範囲に、前記繊維強化層積層部のみによって形成されるＲ部よりもＲ部２０の厚さが大となるように補強材１８を配置した。
【解決手段】繊維を方向性を持たせたままプラスチックの中に入れて強化することで形成される一方向繊維強化層１６を、前記繊維の方向が厚さ方向に対称となり、且つＲ部を形成するように複数積層した繊維強化層積層部を有する積層複合材料において、前記Ｒ部の始端から終端の範囲に、前記繊維強化層積層部のみによって形成されるＲ部よりもＲ部２０の厚さが大となるように補強材１８を配置した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層複合材料及び積層複合材料の製造方法に関するものであり、特に繊維を方向性を持たせたままプラスチックの中に入れて強化することで形成される一方向繊維強化層を、前記繊維の方向が厚さ方向に対称となり、且つＲ部を形成するように複数枚積層した積層複合材料及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より軽量な材料としてプラスチックが用いられている。しかし、プラスチックは軽量ではあるが、弾性率が低く構造用材料としては適していないため、構造用材料として使用する場合には、例えば炭素繊維のような弾性率の高い繊維を方向性を持たせたままプラスチックの中に入れて強化し、軽量で強度の高い強化繊維プラスチックとして用いている。前記弾性率の高い繊維としては、前記炭素繊維の他にガラス繊維なども用いられる。
ただし前記強化繊維プラスチックは、繊維の方向の引張には強いが、繊維と直角方向の引張には弱いため、板状の前記強化繊維プラスチックの層（一方向繊維強化層）を繊維方向が異なるように複数枚積層してから硬化させた積層複合材料が用いられている。このとき、前記強化繊維プラスチックは、前記繊維の方向が厚さ方向に対称となるように積層する。
【０００３】
このような、強化繊維プラスチックの層（一方向繊維強化層）を用いた積層複合材料は、金属材料（合金）よりも丈夫で軽量なことが多く、重量と燃費が関係する乗り物での利用が多い。特に軽量化が非常に重視される航空機で多用されている。
【０００４】
また、使用用途によってはＲ部を形成するように、前記強化繊維プラスチックの層（一方向繊維強化層）を積層して硬化させた積層複合材料が用いられることがある。このような、Ｒ部を有する積層複合材料においては、その形状から、Ｒ部はその他の部分と比較して強度の面で劣るため、Ｒ部の強度を上げる必要がある。
【０００５】
強化繊維プラスチックの層（一方向繊維強化層）を積層して硬化させた積層複合材料におけるＲ部の強度対策の技術として、例えば特許文献１には、Ｌ形またはＣ形断面を有するように賦形した積層複合材料を加熱すると共に密封可能なフィルムを介して加圧することによって硬化処理する際に、該硬化処理用のオス型治具上に配置された賦形後の積層複合材料に被せて該積層複合材料の板厚を硬化後も均一に維持する治具であって、少なくとも前記複合材料の熱硬化温度より低い温度では可撓性を有する材料からなり、前記積層複合材料の硬化後の外側寸法に合わせた内側寸法を有し、記オス型治具上に配置された前記積層複合材料に被せたときに弾性変形し、その弾性力で該積層複合材料の板厚を硬化後も均一に維持する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−０１５３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、積層した複合材の着膨れを効果的に軽減し、Ｒ部の摘まれ、リンクル、ブリッジ、空洞、ポロシティ、絞り過ぎなどの成形不具合を抑制することでＲ部の板厚を均一にし、成型不具合による強度低下を防止する技術であって、Ｒ部の強度を上げる技術ではない。
【０００８】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、Ｒ部を形成するように一方向繊維層を複数枚積層した積層複合材料であって、前記Ｒ部の強度を上げることができる積層複合材料及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため本発明においては、
繊維を方向性を持たせたままプラスチックの中に入れて強化することで形成される一方向繊維強化層を、前記繊維の方向が厚さ方向に対称となり、且つＲ部を形成するように複数積層した繊維強化層積層部を有する積層複合材料において、前記Ｒ部の始端から終端の範囲に、前記繊維強化層積層部のみによって形成されるＲ部よりもＲ部の厚さが大となるように補強材を配置したことを特徴とする。
前記補強材としては、一方向繊維強化層を１層又は複数層積層して形成した部材などを挙げることができる。この場合、補強材における繊維方向は問わない。
【００１０】
積層複合材料のＲ部に曲げがかかる場合の強度指標として、層間応力σｒがある。この層間応力σｒのＲ部板厚方向最大値を算出する簡易式（１）が下記の非特許文献に示されている。
σｒ，ｍａｘ＝３×Ｍ／（２×ｔ×ｗ×（Ｒｉ×（Ｒｉ＋ｔ）＾０．５） ・・・（１）
（但し、ＭはＲ部に働く曲げモーメント、ｔはＲ部の板厚、ｗはＲ部の板幅、ＲｉはＲ部における内Ｒの径である。）
【非特許文献１】Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．６，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９８９，ｐｐ．５２７−５３６，「Ｆｌｅｘｕｒｅ ｏｆ Ｓｉｍｐｌｙ Ｃｕｒｖｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ Ｓｈａｐｅｓ」
【００１１】
（１）式において、σｒは材料強度のため一定、ｗが設定要求上一定である場合、Ｒ部のｔ及びＲｉを大きくすることで耐えうるＭを大きくすることができる。
従って、前記Ｒ部の始端から終端の範囲に、前記繊維強化層積層部のみによって形成されるＲ部よりもＲ部の厚さが大となるように補強材を配置することで、Ｒ部のｔ及びＲｉを局所的に大きくすることができ、Ｒ部で耐えうるＭを大きくすることができる。
【００１２】
また、前記補強材は、前記繊維強化層積層部に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成した部材であり、前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも外側に配置されることを特徴とする。
【００１３】
一方向繊維強化層を繊維の方向が厚さ方向に対称にＲ部を有するように積層してから硬化させる際に、Ｒ部の角度変化が生じその角度が小さくなるスプリング・インの発生が問題となることがある。
また、一方向繊維強化層を繊維の方向が厚さ方向に非対称に積層した積層複合材料を形成した場合、成型後に積層複合材料全体が反るように変形することが知られている。これは各一方向繊維強化層の面内の線膨張率が異なるためである。
【００１４】
そこで、前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも外側に、前記Ｒ部の始端から終端の範囲に位置するように、前記繊維強化層積層部よりもＲ部の厚さ方向の線膨張率が高い部材である繊維強化層積層部に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成した部材を配置すると、該部材が配置される位置においては繊維強化層積層部と線膨張率が異なる材料が配されるため、前述の繊維の方向が厚さ方向に非対称に積層した積層複合材料が変形することと同様の理由により反るように変形する。該反るような変形とスプリング・インによる変形は互いにＲ部に対して反対側向きの変形であるため、両変形が相殺され、結果としてスプリング・インによる変形を抑制することができる。
ここで、前記補強材をＲ部の始端から終端の範囲よりも狭い範囲に配置するとスプリング・インの変形を抑制する効果が充分ではなく、樹脂層をＲ部の始端から終端よりも広い範囲に配置するとＲ部以外の積層複合材料が反るように変形してしまうため、補強材を配置する範囲はＲ部の始端から終端の範囲が有効である。
なお、スプリング・インが発生しない前記Ｒ部以外の範囲においては、繊維の方向が厚さ方向に対称となっているため変形は発生しにくい。
【００１５】
また、前記繊維強化層積層部に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成した部材はＲ部と直交する方向に強化繊維が入っているため、Ｒ部と直交する方向へのスプリング・インを助長するが、Ｒ部と直交する方向へのＲが大きければ実用上特に問題はない。
【００１６】
また、前記補強材は、前記繊維強化層積層部に対して０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成した部材であり、前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも内側に配置されることを特徴とする。
【００１７】
前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも内側に、前記Ｒ部の始端から終端の範囲に位置するように、前記繊維強化層積層部よりもＲ部の厚さ方向の線膨張率が低い部材である繊維強化層積層部に対して０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成した部材を配置することで、該部材が配置される位置においては繊維強化層積層部と線膨張率が異なる材料が配され、前述の繊維の方向が厚さ方向に非対称に積層した積層複合材料が変形することと同様の理由により反るように変形する。該反るような変形とスプリング・インによる変形は互いにＲ部に対して反対側向きの変形であるため、両変形が相殺され、結果としてスプリング・インによる変形を抑制することができる。
【００１８】
また、前記補強材を、前記繊維強化層積層部を形成する一方向繊維強化層間に挟みこんだことを特徴とする。
前記補強材を前記一方向繊維強化層間に樹脂層を挟みこむことで、形成される積層複合材料の見栄えがいいことに加えて、積層複合材料の表面に補強材が位置しないため補強材が剥がれ落ちるというトラブルが発生しない。
【００１９】
前記繊維強化層積層部のみによるＲ部外形形状と異なる外形形状のＲ部を、前記補強材によって形成させることを特徴とする。
これにより、繊維強化層積層部の形状によらず積層複合材料のＲ部形状を形成することができるため、Ｒ部外形形状の形成が簡単になる。
【００２０】
また、課題を解決するための積層複合材料の製造方法として、繊維を方向性を持たせたままプラスチックの中に入れて強化することで形成される一方向繊維強化層を、前記繊維の方向が厚さ方向に対称となるように複数枚積層して繊維強化層積層部を形成し、高温高圧処理することによって硬化させる積層複合材料の製造方法において、Ｒ部を形成するための治具に、前記複数枚の一方向繊維強化層と、補強材による層とを、該補強材によって形成される層が前記Ｒ部の始端から終端の範囲に位置するように積層し、高温高圧処理することによって硬化させることを特徴とする。
【００２１】
前記Ｒ部の始端から終端の範囲に、前記繊維強化層積層部のみによって形成されるＲ部よりもＲ部の厚さが大となるように補強材を配置することで、Ｒ部の耐荷重を大きくすることができる。
さらに、前記治具を使用することにより、目的通りのＲ部形状に成形することができる。前記治具はオス型治具又はメス型治具を使用することができる。
【００２２】
また、前記補強材を、前記繊維強化層積層部に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成し、前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも外側に積層することを特徴とする。
【００２３】
前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも外側且つ前記Ｒ部の始端から終端の範囲に位置するように、前記繊維強化積層部よりもＲ部の厚さ方向の線膨張率が高い部材である繊維強化層積層部に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成した部材を積層すると、該部材（補強材）が配置される位置においては繊維強化層積層部と線膨張率が異なる材料が配され、前述の繊維の方向が厚さ方向に非対称に積層した積層複合材料が変形することと同様の理由により反るように変形する。該反るような変形とスプリング・インによる変形は互いにＲ部に対して反対側向きの変形であるため、両変形が相殺され、結果としてスプリング・インによる変形を抑制することができる。
ここで、前記補強材をＲ部の始端から終端の範囲よりも狭い範囲に配置するとスプリング・インの変形を抑制する効果が充分ではなく、補強材をＲ部の始端から終端よりも広い範囲に配置するとＲ部以外の積層複合材料が反るように変形してしまうため、補強材を配置する範囲はＲ部の始端から終端の範囲有効である。
なお、スプリング・インが発生しない前記Ｒ部以外の範囲においては、繊維の方向が厚さ方向に対称となっているため変形は発生しにくい。
【００２４】
また、前記補強材を、前記繊維強化層積層部に対して０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成し、前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも内側に積層することによっても同様の効果が得られる。
【００２５】
また、前記補強材を、前記繊維強化層積層部形成する一方向繊維強化層間に挟みこんだことを特徴とする。
前記補強材を前記一方向繊維強化層間に挟みこむことで、形成される積層複合材料の見栄えがいいことに加えて、積層複合材料の表面に補強材が位置しないため補強材が剥がれ落ちるというトラブルが発生しない。
【００２６】
また、前記繊維強化層積層部のみによるＲ部外形形状と異なる外形形状のＲ部を、前記補強材によって形成するように、前記複数枚の一方向繊維強化層と前記補強材とを積層することを特徴とする。
これにより、繊維強化層積層部の形状によらず積層複合材料のＲ部形状を形成することができるため、Ｒ部外形形状の形成が簡単になる。
【発明の効果】
【００２７】
以上記載のごとく本発明によれば、Ｒ部を形成するように一方向繊維層を複数枚積層し、前記Ｒ部の強度を上げることができる積層複合材料及びその製造方法を提供することができ、さらにＲ部におけるスプリング・インを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００２９】
図１は実施例１に係る積層複合材料の側面図である。
積層複合材料２は、繊維を方向性を持たせたままプラスチックの中に入れて強化することで形成される一方向繊維強化層を該繊維の方向が厚さ方向と対称となるように複数枚積層して形成した繊維強化層積層部４と、前記繊維強化層積層部に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成した部材からなるフィラー層６とから構成される。
前記繊維強化層積層部４はＲ部８を有しており、前記フィラー層６は前記Ｒ部８の始端部から終端部の範囲に位置するようにＲ部８の外側表面に配置される。
【００３０】
このような積層複合材料２を形成する際は、まず前記一方向繊維強化層を前記繊維の方向が厚さ方向と対称になり、さらにＲ部８を形成するように複数枚積層して繊維強化層積層部４を形成する。さらに前記Ｒ部８の始端部から終端部の範囲に位置するようにＲ部８の外側表面に樹脂層８を積層する。
その後、高温高圧状態とし、さらに常温常圧状態とすることで前記繊維強化層積層部４と樹脂層６を一体化するとともに硬化させて積層複合材料２とする。
このとき、Ｒ部８における耐荷重を大きくすることができるとともに、Ｒ部８にはスプリング・インを低減させることができる。
【実施例２】
【００３１】
図２は実施例２に係る積層複合材料の製造中の様子を示す概略図であり、図３は実施例２における図２におけるＡ部拡大図である。
まず、図２及び図３を用いて実施例２に係る積層複合材料の製造方法について説明する。
【００３２】
メス部１２を有する治具１０のメス部１２上に、繊維を方向性を持たせたままプラスチックの中に入れて強化することで形成される一方向繊維強化層１６を該繊維の方向が厚さ方向と対称となるように複数枚積層して繊維強化層積層部１４を形成する。このとき、図３に示したようにＲ部２０が形成される。
前記一方向繊維強化層１６としては、前記繊維にガラス繊維を使用したＧＦＲＰ、前記繊維に炭素繊維を使用したＣＦＲＰなどを使用することができる。
【００３３】
このとき、前記繊維強化層積層部１４の厚さ方向中心線よりもＲ部２０の外側（図３におけるＢ方向）に位置する一方向繊維強化層１６の間に繊維強化層積層部１４に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層した部材（以下９０°層と称する）によってフィラー層１８を形成する。なおこの時、該フィラー層１８は前記Ｒ部２０の始端部から終端部の範囲に位置するように形成する。
フィラー層１８は、繊維強化層積層部１４を形成してから挿入してもいいが、一方向繊維強化層１６を積層して繊維強化層積層部１４を形成する際に、一方向繊維強化層１６の間に挟みこむようにして積層して繊維強化層積層部１４を形成するとフィラー層１８の配置を簡単に行うことができる。
また、前記フィラー層１８は、繊維強化層積層部１４の厚さ方向中心線よりもＲ部２０の外側（図３におけるＢ方向）に位置する一方向繊維強化層間であればどの一方向繊維強化層間に形成してもよいが、特に前記複数枚の一方向繊維強化層１６のうち最下層から１番目と２番目、即ちＲ部を形成する一方向繊維強化層１６のうちのうちＲ部最外側と外側から２番目の一方向繊維強化層１６の間に形成すると、少量の樹脂で後述するスプリング・インの抑制が可能であるとともに、Ｒ部２０の成形が容易であるため好ましい。この場合、メス型治具１２上に一方向繊維強化層を１枚敷き、その上にフィラー層１８を形成する９０°層を配置し、さらのその上に一方向繊維強化層を積層していく。
【００３４】
フィラー層１８の形成が終わると、前記繊維強化層積層部１４全体に前記９０°層の漏洩を防止するためにＦＥＰ（Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）を積層し、さらに脱気用のエアウェブを積層してから、真空引きを行い脱気する。
前記脱気が終了すると、繊維強化層積層部１４全体を治具１０とともにオートクレーブを用いて高温高圧状態にし、常温常圧状態に戻すことで前記繊維強化層積層部１４を硬化させて積層複合材料とする。
このとき、Ｒ部２０における耐荷重を大きくすることができるとともに、Ｒ部２０にはスプリング・インを低減させることができる。
また、フィラー層１８は、Ｒ部と直交する方向に強化繊維が入っているため、フィラー層１８がＲ部２０と直交する方向へのスプリング・インを助長していたと考えられるが、Ｒ部２０のＲ径が約５０００ｍｍであり、Ｒ部２０と直交する方向へのＲ径が約１５ｍｍである場合にはＲ分２０と直交する方向へのスプリング・インは実用上問題ない程度であった。
さらに治具１０を使用することにより、繊維強化層積層部１４の形状によらず積層複合材料のＲ部２０形状を形成することができるため、Ｒ部外形形状を目的形状に形成することができる。
【００３５】
さらに、フィラー層１８を一方向繊維強化層１６の間に挟みこんだことにより、形成される積層複合材料の見栄えがいいことに加えて、積層複合材料の表面にフィラー層が位置しないためフィラー層が剥がれ落ちることを防止できる。
【実施例３】
【００３６】
図４は実施例３における図２におけるＡ部拡大図である。図２における実施例２と異なる箇所は、繊維強化層積層部１４に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層したフィラー層１８をＲ部２０の外表面に設けたことである。
形成される複合材料の見栄え以外は図２に示した実施例２と同等の効果が得られる。
【実施例４】
【００３７】
図２に示した実施例２において、フィラー層１８をエポキシ樹脂からなる樹脂層に変更した。
その他の構成、及び製造方法は実施例２と同じとした。
このとき、実施例２と同様にＲ部２０における耐荷重を大きくすることができるとともに、Ｒ部２０で発生するスプリング・インを低減させることができる。また、樹脂層は、Ｒ部と直交する方向に強化繊維などが入っていないので、樹脂層がＲ部２０と直交する方向へのスプリング・インを助長することは無い。さらに治具１０を使用することにより、繊維強化層積層部１４の形状によらず積層複合材料のＲ部２０形状を形成することができるため、Ｒ部外形形状を目的形状に形成することができる。
さらに、樹脂層１８を一方向繊維強化層１６の間に挟みこんだことにより、形成される積層複合材料の見栄えがいいことに加えて、積層複合材料の表面に樹脂層が位置しないため樹脂層が剥がれ落ちることを防止できる。
【００３８】
以上の実施例２〜４においては、メス型の治具を用いて積層複合材料を製造するが、オス型の治具を用いて積層複合材料を製造することもできる。オス型の治具を用いる場合、Ｒ部の内側の形状を目的形状に形成することができる。
【００３９】
また、図３又は図４において、フィラー層１８に代えて、繊維強化層積層部に対して０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成した部材（以下０°層と称する）を、前記繊維強化層積層部１４の厚さ方向中心線よりもＲ部２０の内側で、Ｒ部の始端部から終端部の範囲に位置するように配置しても同等の効果が得られる。
さらに、９０°層を繊維強化層積層部１４の厚さ方向中心線よりもＲ部２０の外側に配置するとともに、０°層を繊維強化層積層部１４の厚さ方向中心線よりもＲ部２０の内側に配置し、前記９０°層及び０°層は何れもＲ部の始端部から終端部の範囲に位置するように配置しても同様の効果が得られる。
【００４０】
次に、実施例２と後述する比較例の具体的結果を元に、フィラー層１８に繊維強化層積層部１４に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層した部材と、従来の積層複合材料とのスプリング・イン量について検討を行う。
積層複合材のスプリング・イン量は以下の（２）式で表され、熱変形に起因するものと、体積収縮に起因するものとで主に構成される。今回は、熱変形に起因するものに対して、フィラー挿入のスプリング・インの抑制に対する効果を検討する。
（但し、αＩは周方向の線膨張係数、αｔは板厚方向の線膨張係数、βＩは周方向の体積収縮、βｔは板厚方向の体積収縮である。）
【００４１】
（比較例）
前記フィラー層１８を形成しないこと以外は全て実施例２と同じ手法で比較例における積層複合材料を形成した。これは従来から用いられている積層複合材料である。
【００４２】
図５は実施例２において形成した積層複合材料のＲ部近傍をモデル化して表した図であり、図６は比較例において形成した積層複合材料のＲ部近傍をモデル化して表した図である。
図６に示したように実施例２において形成した積層複合材料のＲ部においては、繊維強化層積層部１６によって形成されるＲ部２０の外側表面に樹脂層１８が配置されるようにモデル化している。また、Ｒ径は、繊維強化層積層部１６内側部はＲｉ＝１５ｍｍ、繊維強化層積層部１６外側部はＲｏ＝１８．３ｍｍ、フィラー層１８外側部はＲｃｆ＝３ｍｍであり、繊維強化層積層部１６厚みはｔ＝３．３ｍｍであって、これらの数値は実施例２において形成した積層複合材料における実測値を使用した。
【００４３】
また、図６に示した比較例における積層複合材料においては、Ｒ径は、繊維強化層積層部１１６内側部はＲｉ＝１５ｍｍ、繊維強化層積層部１６外側部はＲｏ＝３ｍｍであり、繊維強化層積層部１６厚みはｔ＝３．３ｍｍであって、これらの数値は比較例において形成した積層複合材料における実測値である。また図５、図６から明らかであるように、図５に示した実施例２におけるフィラー層１８を形成した積層複合材料と、図６に示した実施例２におけるフィラー層を形成しない積層複合材料とは、材料の違いを除けば外形は同じである。
【００４４】
実施例２及び比較例で形成した積層複合材料についてスプリング・イン量を実測するとともに、図５、図６でモデル化したモデルに基づいて熱収縮を考慮したシミュレーションによりスプリング・イン量を計算した。結果を表１にまとめる。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１から明らかであるように、シミュレーションにおいても実測においてもスプリング・イン量の抑制が見られ、その抑制量は、シミュレーションにおいては０．３６−０．２３＝０．１３°、実測においては０．４８−０．２７＝０．２１°であった。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
Ｒ部を形成するように一方向繊維層を複数枚積層し、前記Ｒ部の構造強度を上げることができるとともに、Ｒ部におけるスプリング・インを抑制することができる積層複合材料及びその製造方法として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施例１に係る積層複合材料の側面図である。
【図２】実施例２に係る積層複合材料の製造中の様子を示す概略図である。
【図３】図２におけるＡ部拡大図である。
【図４】実施例３における図２におけるＡ部拡大図である。
【図５】実施例２において形成した積層複合材料のＲ部近傍をモデル化して表した図である。
【図６】比較例において形成した積層複合材料のＲ部近傍をモデル化して表した図である。
【符号の説明】
【００４９】
２ 積層複合材料
４、１４ 繊維強化層積層部
６、１８ フィラー層
８、２０ Ｒ部
１０ 治具
１２ メス部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層複合材料及び積層複合材料の製造方法に関するものであり、特に繊維を方向性を持たせたままプラスチックの中に入れて強化することで形成される一方向繊維強化層を、前記繊維の方向が厚さ方向に対称となり、且つＲ部を形成するように複数枚積層した積層複合材料及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より軽量な材料としてプラスチックが用いられている。しかし、プラスチックは軽量ではあるが、弾性率が低く構造用材料としては適していないため、構造用材料として使用する場合には、例えば炭素繊維のような弾性率の高い繊維を方向性を持たせたままプラスチックの中に入れて強化し、軽量で強度の高い強化繊維プラスチックとして用いている。前記弾性率の高い繊維としては、前記炭素繊維の他にガラス繊維なども用いられる。
ただし前記強化繊維プラスチックは、繊維の方向の引張には強いが、繊維と直角方向の引張には弱いため、板状の前記強化繊維プラスチックの層（一方向繊維強化層）を繊維方向が異なるように複数枚積層してから硬化させた積層複合材料が用いられている。このとき、前記強化繊維プラスチックは、前記繊維の方向が厚さ方向に対称となるように積層する。
【０００３】
このような、強化繊維プラスチックの層（一方向繊維強化層）を用いた積層複合材料は、金属材料（合金）よりも丈夫で軽量なことが多く、重量と燃費が関係する乗り物での利用が多い。特に軽量化が非常に重視される航空機で多用されている。
【０００４】
また、使用用途によってはＲ部を形成するように、前記強化繊維プラスチックの層（一方向繊維強化層）を積層して硬化させた積層複合材料が用いられることがある。このような、Ｒ部を有する積層複合材料においては、その形状から、Ｒ部はその他の部分と比較して強度の面で劣るため、Ｒ部の強度を上げる必要がある。
【０００５】
強化繊維プラスチックの層（一方向繊維強化層）を積層して硬化させた積層複合材料におけるＲ部の強度対策の技術として、例えば特許文献１には、Ｌ形またはＣ形断面を有するように賦形した積層複合材料を加熱すると共に密封可能なフィルムを介して加圧することによって硬化処理する際に、該硬化処理用のオス型治具上に配置された賦形後の積層複合材料に被せて該積層複合材料の板厚を硬化後も均一に維持する治具であって、少なくとも前記複合材料の熱硬化温度より低い温度では可撓性を有する材料からなり、前記積層複合材料の硬化後の外側寸法に合わせた内側寸法を有し、記オス型治具上に配置された前記積層複合材料に被せたときに弾性変形し、その弾性力で該積層複合材料の板厚を硬化後も均一に維持する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−０１５３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、積層した複合材の着膨れを効果的に軽減し、Ｒ部の摘まれ、リンクル、ブリッジ、空洞、ポロシティ、絞り過ぎなどの成形不具合を抑制することでＲ部の板厚を均一にし、成型不具合による強度低下を防止する技術であって、Ｒ部の強度を上げる技術ではない。
【０００８】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、Ｒ部を形成するように一方向繊維層を複数枚積層した積層複合材料であって、前記Ｒ部の強度を上げることができる積層複合材料及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため本発明においては、
繊維を方向性を持たせたままプラスチックの中に入れて強化することで形成される一方向繊維強化層を、前記繊維の方向が厚さ方向に対称となり、且つＲ部を形成するように複数積層した繊維強化層積層部を有する積層複合材料において、前記Ｒ部の始端から終端の範囲に、前記繊維強化層積層部のみによって形成されるＲ部よりもＲ部の厚さが大となるように補強材を配置したことを特徴とする。
前記補強材としては、一方向繊維強化層を１層又は複数層積層して形成した部材などを挙げることができる。この場合、補強材における繊維方向は問わない。
【００１０】
積層複合材料のＲ部に曲げがかかる場合の強度指標として、層間応力σｒがある。この層間応力σｒのＲ部板厚方向最大値を算出する簡易式（１）が下記の非特許文献に示されている。
σｒ，ｍａｘ＝３×Ｍ／（２×ｔ×ｗ×（Ｒｉ×（Ｒｉ＋ｔ）＾０．５） ・・・（１）
（但し、ＭはＲ部に働く曲げモーメント、ｔはＲ部の板厚、ｗはＲ部の板幅、ＲｉはＲ部における内Ｒの径である。）
【非特許文献１】Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．６，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９８９，ｐｐ．５２７−５３６，「Ｆｌｅｘｕｒｅ ｏｆ Ｓｉｍｐｌｙ Ｃｕｒｖｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ Ｓｈａｐｅｓ」
【００１１】
（１）式において、σｒは材料強度のため一定、ｗが設定要求上一定である場合、Ｒ部のｔ及びＲｉを大きくすることで耐えうるＭを大きくすることができる。
従って、前記Ｒ部の始端から終端の範囲に、前記繊維強化層積層部のみによって形成されるＲ部よりもＲ部の厚さが大となるように補強材を配置することで、Ｒ部のｔ及びＲｉを局所的に大きくすることができ、Ｒ部で耐えうるＭを大きくすることができる。
【００１２】
また、前記補強材は、前記繊維強化層積層部に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成した部材であり、前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも外側に配置されることを特徴とする。
【００１３】
一方向繊維強化層を繊維の方向が厚さ方向に対称にＲ部を有するように積層してから硬化させる際に、Ｒ部の角度変化が生じその角度が小さくなるスプリング・インの発生が問題となることがある。
また、一方向繊維強化層を繊維の方向が厚さ方向に非対称に積層した積層複合材料を形成した場合、成型後に積層複合材料全体が反るように変形することが知られている。これは各一方向繊維強化層の面内の線膨張率が異なるためである。
【００１４】
そこで、前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも外側に、前記Ｒ部の始端から終端の範囲に位置するように、前記繊維強化層積層部よりもＲ部の厚さ方向の線膨張率が高い部材である繊維強化層積層部に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成した部材を配置すると、該部材が配置される位置においては繊維強化層積層部と線膨張率が異なる材料が配されるため、前述の繊維の方向が厚さ方向に非対称に積層した積層複合材料が変形することと同様の理由により反るように変形する。該反るような変形とスプリング・インによる変形は互いにＲ部に対して反対側向きの変形であるため、両変形が相殺され、結果としてスプリング・インによる変形を抑制することができる。
ここで、前記補強材をＲ部の始端から終端の範囲よりも狭い範囲に配置するとスプリング・インの変形を抑制する効果が充分ではなく、樹脂層をＲ部の始端から終端よりも広い範囲に配置するとＲ部以外の積層複合材料が反るように変形してしまうため、補強材を配置する範囲はＲ部の始端から終端の範囲が有効である。
なお、スプリング・インが発生しない前記Ｒ部以外の範囲においては、繊維の方向が厚さ方向に対称となっているため変形は発生しにくい。
【００１５】
また、前記繊維強化層積層部に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成した部材はＲ部と直交する方向に強化繊維が入っているため、Ｒ部と直交する方向へのスプリング・インを助長するが、Ｒ部と直交する方向へのＲが大きければ実用上特に問題はない。
【００１６】
また、前記補強材は、前記繊維強化層積層部に対して０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成した部材であり、前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも内側に配置されることを特徴とする。
【００１７】
前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも内側に、前記Ｒ部の始端から終端の範囲に位置するように、前記繊維強化層積層部よりもＲ部の厚さ方向の線膨張率が低い部材である繊維強化層積層部に対して０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成した部材を配置することで、該部材が配置される位置においては繊維強化層積層部と線膨張率が異なる材料が配され、前述の繊維の方向が厚さ方向に非対称に積層した積層複合材料が変形することと同様の理由により反るように変形する。該反るような変形とスプリング・インによる変形は互いにＲ部に対して反対側向きの変形であるため、両変形が相殺され、結果としてスプリング・インによる変形を抑制することができる。
【００１８】
また、前記補強材を、前記繊維強化層積層部を形成する一方向繊維強化層間に挟みこんだことを特徴とする。
前記補強材を前記一方向繊維強化層間に樹脂層を挟みこむことで、形成される積層複合材料の見栄えがいいことに加えて、積層複合材料の表面に補強材が位置しないため補強材が剥がれ落ちるというトラブルが発生しない。
【００１９】
前記繊維強化層積層部のみによるＲ部外形形状と異なる外形形状のＲ部を、前記補強材によって形成させることを特徴とする。
これにより、繊維強化層積層部の形状によらず積層複合材料のＲ部形状を形成することができるため、Ｒ部外形形状の形成が簡単になる。
【００２０】
また、課題を解決するための積層複合材料の製造方法として、繊維を方向性を持たせたままプラスチックの中に入れて強化することで形成される一方向繊維強化層を、前記繊維の方向が厚さ方向に対称となるように複数枚積層して繊維強化層積層部を形成し、高温高圧処理することによって硬化させる積層複合材料の製造方法において、Ｒ部を形成するための治具に、前記複数枚の一方向繊維強化層と、補強材による層とを、該補強材によって形成される層が前記Ｒ部の始端から終端の範囲に位置するように積層し、高温高圧処理することによって硬化させることを特徴とする。
【００２１】
前記Ｒ部の始端から終端の範囲に、前記繊維強化層積層部のみによって形成されるＲ部よりもＲ部の厚さが大となるように補強材を配置することで、Ｒ部の耐荷重を大きくすることができる。
さらに、前記治具を使用することにより、目的通りのＲ部形状に成形することができる。前記治具はオス型治具又はメス型治具を使用することができる。
【００２２】
また、前記補強材を、前記繊維強化層積層部に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成し、前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも外側に積層することを特徴とする。
【００２３】
前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも外側且つ前記Ｒ部の始端から終端の範囲に位置するように、前記繊維強化積層部よりもＲ部の厚さ方向の線膨張率が高い部材である繊維強化層積層部に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成した部材を積層すると、該部材（補強材）が配置される位置においては繊維強化層積層部と線膨張率が異なる材料が配され、前述の繊維の方向が厚さ方向に非対称に積層した積層複合材料が変形することと同様の理由により反るように変形する。該反るような変形とスプリング・インによる変形は互いにＲ部に対して反対側向きの変形であるため、両変形が相殺され、結果としてスプリング・インによる変形を抑制することができる。
ここで、前記補強材をＲ部の始端から終端の範囲よりも狭い範囲に配置するとスプリング・インの変形を抑制する効果が充分ではなく、補強材をＲ部の始端から終端よりも広い範囲に配置するとＲ部以外の積層複合材料が反るように変形してしまうため、補強材を配置する範囲はＲ部の始端から終端の範囲有効である。
なお、スプリング・インが発生しない前記Ｒ部以外の範囲においては、繊維の方向が厚さ方向に対称となっているため変形は発生しにくい。
【００２４】
また、前記補強材を、前記繊維強化層積層部に対して０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成し、前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも内側に積層することによっても同様の効果が得られる。
【００２５】
また、前記補強材を、前記繊維強化層積層部形成する一方向繊維強化層間に挟みこんだことを特徴とする。
前記補強材を前記一方向繊維強化層間に挟みこむことで、形成される積層複合材料の見栄えがいいことに加えて、積層複合材料の表面に補強材が位置しないため補強材が剥がれ落ちるというトラブルが発生しない。
【００２６】
また、前記繊維強化層積層部のみによるＲ部外形形状と異なる外形形状のＲ部を、前記補強材によって形成するように、前記複数枚の一方向繊維強化層と前記補強材とを積層することを特徴とする。
これにより、繊維強化層積層部の形状によらず積層複合材料のＲ部形状を形成することができるため、Ｒ部外形形状の形成が簡単になる。
【発明の効果】
【００２７】
以上記載のごとく本発明によれば、Ｒ部を形成するように一方向繊維層を複数枚積層し、前記Ｒ部の強度を上げることができる積層複合材料及びその製造方法を提供することができ、さらにＲ部におけるスプリング・インを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００２９】
図１は実施例１に係る積層複合材料の側面図である。
積層複合材料２は、繊維を方向性を持たせたままプラスチックの中に入れて強化することで形成される一方向繊維強化層を該繊維の方向が厚さ方向と対称となるように複数枚積層して形成した繊維強化層積層部４と、前記繊維強化層積層部に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成した部材からなるフィラー層６とから構成される。
前記繊維強化層積層部４はＲ部８を有しており、前記フィラー層６は前記Ｒ部８の始端部から終端部の範囲に位置するようにＲ部８の外側表面に配置される。
【００３０】
このような積層複合材料２を形成する際は、まず前記一方向繊維強化層を前記繊維の方向が厚さ方向と対称になり、さらにＲ部８を形成するように複数枚積層して繊維強化層積層部４を形成する。さらに前記Ｒ部８の始端部から終端部の範囲に位置するようにＲ部８の外側表面に樹脂層８を積層する。
その後、高温高圧状態とし、さらに常温常圧状態とすることで前記繊維強化層積層部４と樹脂層６を一体化するとともに硬化させて積層複合材料２とする。
このとき、Ｒ部８における耐荷重を大きくすることができるとともに、Ｒ部８にはスプリング・インを低減させることができる。
【実施例２】
【００３１】
図２は実施例２に係る積層複合材料の製造中の様子を示す概略図であり、図３は実施例２における図２におけるＡ部拡大図である。
まず、図２及び図３を用いて実施例２に係る積層複合材料の製造方法について説明する。
【００３２】
メス部１２を有する治具１０のメス部１２上に、繊維を方向性を持たせたままプラスチックの中に入れて強化することで形成される一方向繊維強化層１６を該繊維の方向が厚さ方向と対称となるように複数枚積層して繊維強化層積層部１４を形成する。このとき、図３に示したようにＲ部２０が形成される。
前記一方向繊維強化層１６としては、前記繊維にガラス繊維を使用したＧＦＲＰ、前記繊維に炭素繊維を使用したＣＦＲＰなどを使用することができる。
【００３３】
このとき、前記繊維強化層積層部１４の厚さ方向中心線よりもＲ部２０の外側（図３におけるＢ方向）に位置する一方向繊維強化層１６の間に繊維強化層積層部１４に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層した部材（以下９０°層と称する）によってフィラー層１８を形成する。なおこの時、該フィラー層１８は前記Ｒ部２０の始端部から終端部の範囲に位置するように形成する。
フィラー層１８は、繊維強化層積層部１４を形成してから挿入してもいいが、一方向繊維強化層１６を積層して繊維強化層積層部１４を形成する際に、一方向繊維強化層１６の間に挟みこむようにして積層して繊維強化層積層部１４を形成するとフィラー層１８の配置を簡単に行うことができる。
また、前記フィラー層１８は、繊維強化層積層部１４の厚さ方向中心線よりもＲ部２０の外側（図３におけるＢ方向）に位置する一方向繊維強化層間であればどの一方向繊維強化層間に形成してもよいが、特に前記複数枚の一方向繊維強化層１６のうち最下層から１番目と２番目、即ちＲ部を形成する一方向繊維強化層１６のうちのうちＲ部最外側と外側から２番目の一方向繊維強化層１６の間に形成すると、少量の樹脂で後述するスプリング・インの抑制が可能であるとともに、Ｒ部２０の成形が容易であるため好ましい。この場合、メス型治具１２上に一方向繊維強化層を１枚敷き、その上にフィラー層１８を形成する９０°層を配置し、さらのその上に一方向繊維強化層を積層していく。
【００３４】
フィラー層１８の形成が終わると、前記繊維強化層積層部１４全体に前記９０°層の漏洩を防止するためにＦＥＰ（Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）を積層し、さらに脱気用のエアウェブを積層してから、真空引きを行い脱気する。
前記脱気が終了すると、繊維強化層積層部１４全体を治具１０とともにオートクレーブを用いて高温高圧状態にし、常温常圧状態に戻すことで前記繊維強化層積層部１４を硬化させて積層複合材料とする。
このとき、Ｒ部２０における耐荷重を大きくすることができるとともに、Ｒ部２０にはスプリング・インを低減させることができる。
また、フィラー層１８は、Ｒ部と直交する方向に強化繊維が入っているため、フィラー層１８がＲ部２０と直交する方向へのスプリング・インを助長していたと考えられるが、Ｒ部２０のＲ径が約５０００ｍｍであり、Ｒ部２０と直交する方向へのＲ径が約１５ｍｍである場合にはＲ分２０と直交する方向へのスプリング・インは実用上問題ない程度であった。
さらに治具１０を使用することにより、繊維強化層積層部１４の形状によらず積層複合材料のＲ部２０形状を形成することができるため、Ｒ部外形形状を目的形状に形成することができる。
【００３５】
さらに、フィラー層１８を一方向繊維強化層１６の間に挟みこんだことにより、形成される積層複合材料の見栄えがいいことに加えて、積層複合材料の表面にフィラー層が位置しないためフィラー層が剥がれ落ちることを防止できる。
【実施例３】
【００３６】
図４は実施例３における図２におけるＡ部拡大図である。図２における実施例２と異なる箇所は、繊維強化層積層部１４に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層したフィラー層１８をＲ部２０の外表面に設けたことである。
形成される複合材料の見栄え以外は図２に示した実施例２と同等の効果が得られる。
【実施例４】
【００３７】
図２に示した実施例２において、フィラー層１８をエポキシ樹脂からなる樹脂層に変更した。
その他の構成、及び製造方法は実施例２と同じとした。
このとき、実施例２と同様にＲ部２０における耐荷重を大きくすることができるとともに、Ｒ部２０で発生するスプリング・インを低減させることができる。また、樹脂層は、Ｒ部と直交する方向に強化繊維などが入っていないので、樹脂層がＲ部２０と直交する方向へのスプリング・インを助長することは無い。さらに治具１０を使用することにより、繊維強化層積層部１４の形状によらず積層複合材料のＲ部２０形状を形成することができるため、Ｒ部外形形状を目的形状に形成することができる。
さらに、樹脂層１８を一方向繊維強化層１６の間に挟みこんだことにより、形成される積層複合材料の見栄えがいいことに加えて、積層複合材料の表面に樹脂層が位置しないため樹脂層が剥がれ落ちることを防止できる。
【００３８】
以上の実施例２〜４においては、メス型の治具を用いて積層複合材料を製造するが、オス型の治具を用いて積層複合材料を製造することもできる。オス型の治具を用いる場合、Ｒ部の内側の形状を目的形状に形成することができる。
【００３９】
また、図３又は図４において、フィラー層１８に代えて、繊維強化層積層部に対して０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成した部材（以下０°層と称する）を、前記繊維強化層積層部１４の厚さ方向中心線よりもＲ部２０の内側で、Ｒ部の始端部から終端部の範囲に位置するように配置しても同等の効果が得られる。
さらに、９０°層を繊維強化層積層部１４の厚さ方向中心線よりもＲ部２０の外側に配置するとともに、０°層を繊維強化層積層部１４の厚さ方向中心線よりもＲ部２０の内側に配置し、前記９０°層及び０°層は何れもＲ部の始端部から終端部の範囲に位置するように配置しても同様の効果が得られる。
【００４０】
次に、実施例２と後述する比較例の具体的結果を元に、フィラー層１８に繊維強化層積層部１４に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層した部材と、従来の積層複合材料とのスプリング・イン量について検討を行う。
積層複合材のスプリング・イン量は以下の（２）式で表され、熱変形に起因するものと、体積収縮に起因するものとで主に構成される。今回は、熱変形に起因するものに対して、フィラー挿入のスプリング・インの抑制に対する効果を検討する。
（但し、αＩは周方向の線膨張係数、αｔは板厚方向の線膨張係数、βＩは周方向の体積収縮、βｔは板厚方向の体積収縮である。）
【００４１】
（比較例）
前記フィラー層１８を形成しないこと以外は全て実施例２と同じ手法で比較例における積層複合材料を形成した。これは従来から用いられている積層複合材料である。
【００４２】
図５は実施例２において形成した積層複合材料のＲ部近傍をモデル化して表した図であり、図６は比較例において形成した積層複合材料のＲ部近傍をモデル化して表した図である。
図６に示したように実施例２において形成した積層複合材料のＲ部においては、繊維強化層積層部１６によって形成されるＲ部２０の外側表面に樹脂層１８が配置されるようにモデル化している。また、Ｒ径は、繊維強化層積層部１６内側部はＲｉ＝１５ｍｍ、繊維強化層積層部１６外側部はＲｏ＝１８．３ｍｍ、フィラー層１８外側部はＲｃｆ＝３ｍｍであり、繊維強化層積層部１６厚みはｔ＝３．３ｍｍであって、これらの数値は実施例２において形成した積層複合材料における実測値を使用した。
【００４３】
また、図６に示した比較例における積層複合材料においては、Ｒ径は、繊維強化層積層部１１６内側部はＲｉ＝１５ｍｍ、繊維強化層積層部１６外側部はＲｏ＝３ｍｍであり、繊維強化層積層部１６厚みはｔ＝３．３ｍｍであって、これらの数値は比較例において形成した積層複合材料における実測値である。また図５、図６から明らかであるように、図５に示した実施例２におけるフィラー層１８を形成した積層複合材料と、図６に示した実施例２におけるフィラー層を形成しない積層複合材料とは、材料の違いを除けば外形は同じである。
【００４４】
実施例２及び比較例で形成した積層複合材料についてスプリング・イン量を実測するとともに、図５、図６でモデル化したモデルに基づいて熱収縮を考慮したシミュレーションによりスプリング・イン量を計算した。結果を表１にまとめる。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１から明らかであるように、シミュレーションにおいても実測においてもスプリング・イン量の抑制が見られ、その抑制量は、シミュレーションにおいては０．３６−０．２３＝０．１３°、実測においては０．４８−０．２７＝０．２１°であった。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
Ｒ部を形成するように一方向繊維層を複数枚積層し、前記Ｒ部の構造強度を上げることができるとともに、Ｒ部におけるスプリング・インを抑制することができる積層複合材料及びその製造方法として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施例１に係る積層複合材料の側面図である。
【図２】実施例２に係る積層複合材料の製造中の様子を示す概略図である。
【図３】図２におけるＡ部拡大図である。
【図４】実施例３における図２におけるＡ部拡大図である。
【図５】実施例２において形成した積層複合材料のＲ部近傍をモデル化して表した図である。
【図６】比較例において形成した積層複合材料のＲ部近傍をモデル化して表した図である。
【符号の説明】
【００４９】
２ 積層複合材料
４、１４ 繊維強化層積層部
６、１８ フィラー層
８、２０ Ｒ部
１０ 治具
１２ メス部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維を方向性を持たせたままプラスチックの中に入れて強化することで形成される一方向繊維強化層を、前記繊維の方向が厚さ方向に対称となり、且つＲ部を形成するように複数積層した繊維強化層積層部を有する積層複合材料構造において、
前記Ｒ部の始端から終端の範囲に、前記繊維強化層積層部のみによって形成されるＲ部よりもＲ部の厚さが大となるように補強材を配置したことを特徴とする積層複合材料構造。
【請求項２】
前記補強材は、前記繊維強化層積層部に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成した部材であり、前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも外側に配置されることを特徴とする請求項１記載の積層複合材料構造。
【請求項３】
前記補強材は、前記繊維強化層積層部に対して０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成した部材であり、前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも内側に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の積層複合材料構造。
【請求項４】
前記補強材を、前記繊維強化層積層部を形成する一方向繊維強化層間に挟みこんだことを特徴とする請求項１〜３何れかに記載の積層複合材料構造。
【請求項５】
前記繊維強化層積層部のみによるＲ部外形形状と異なる外形形状のＲ部を、前記補強材によって形成させることを特徴とする請求項１〜４何れかに記載の積層複合材料構造。
【請求項６】
繊維を方向性を持たせたままプラスチックの中に入れて強化することで形成される一方向繊維強化層を、前記繊維の方向が厚さ方向に対称となるように複数枚積層して繊維強化層積層部を形成し、高温または高温高圧処理することによって硬化させる積層複合材料の製造方法において、
Ｒ部を形成するための治具に、前記複数枚の一方向繊維強化層と、補強材による層とを、該補強材によって形成される層が前記Ｒ部の始端から終端の範囲に位置するように積層し、
高温高圧処理することによって硬化させることを特徴とする積層複合材料の製造方法。
【請求項７】
前記補強材を、前記繊維強化層積層部に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成し、前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも外側に積層することを特徴とする請求項６記載の積層複合材料の製造方法。
【請求項８】
前記補強材を、前記繊維強化層積層部に対して０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成し、前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも内側に積層することを特徴とする請求項６又は７記載の積層複合材料の製造方法。
【請求項９】
前記補強材を、前記繊維強化層積層部形成する一方向繊維強化層間に挟みこんだことを特徴とする請求項６〜８何れかに記載の積層複合材料の製造方法。
【請求項１０】
前記繊維強化層積層部のみによるＲ部外形形状と異なる外形形状のＲ部を、前記補強材によって形成するように、前記複数枚の一方向繊維強化層と前記補強材とを積層することを特徴とする請求項６〜９何れかに記載の積層複合材料の製造方法。
【請求項１】
繊維を方向性を持たせたままプラスチックの中に入れて強化することで形成される一方向繊維強化層を、前記繊維の方向が厚さ方向に対称となり、且つＲ部を形成するように複数積層した繊維強化層積層部を有する積層複合材料構造において、
前記Ｒ部の始端から終端の範囲に、前記繊維強化層積層部のみによって形成されるＲ部よりもＲ部の厚さが大となるように補強材を配置したことを特徴とする積層複合材料構造。
【請求項２】
前記補強材は、前記繊維強化層積層部に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成した部材であり、前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも外側に配置されることを特徴とする請求項１記載の積層複合材料構造。
【請求項３】
前記補強材は、前記繊維強化層積層部に対して０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成した部材であり、前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも内側に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の積層複合材料構造。
【請求項４】
前記補強材を、前記繊維強化層積層部を形成する一方向繊維強化層間に挟みこんだことを特徴とする請求項１〜３何れかに記載の積層複合材料構造。
【請求項５】
前記繊維強化層積層部のみによるＲ部外形形状と異なる外形形状のＲ部を、前記補強材によって形成させることを特徴とする請求項１〜４何れかに記載の積層複合材料構造。
【請求項６】
繊維を方向性を持たせたままプラスチックの中に入れて強化することで形成される一方向繊維強化層を、前記繊維の方向が厚さ方向に対称となるように複数枚積層して繊維強化層積層部を形成し、高温または高温高圧処理することによって硬化させる積層複合材料の製造方法において、
Ｒ部を形成するための治具に、前記複数枚の一方向繊維強化層と、補強材による層とを、該補強材によって形成される層が前記Ｒ部の始端から終端の範囲に位置するように積層し、
高温高圧処理することによって硬化させることを特徴とする積層複合材料の製造方法。
【請求項７】
前記補強材を、前記繊維強化層積層部に対して９０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成し、前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも外側に積層することを特徴とする請求項６記載の積層複合材料の製造方法。
【請求項８】
前記補強材を、前記繊維強化層積層部に対して０°方向の繊維の方向性を有する一方向強化層を１層又は複数層積層して形成し、前記繊維強化層積層部の厚さ方向中心線よりも内側に積層することを特徴とする請求項６又は７記載の積層複合材料の製造方法。
【請求項９】
前記補強材を、前記繊維強化層積層部形成する一方向繊維強化層間に挟みこんだことを特徴とする請求項６〜８何れかに記載の積層複合材料の製造方法。
【請求項１０】
前記繊維強化層積層部のみによるＲ部外形形状と異なる外形形状のＲ部を、前記補強材によって形成するように、前記複数枚の一方向繊維強化層と前記補強材とを積層することを特徴とする請求項６〜９何れかに記載の積層複合材料の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１４３１５５（Ｐ２０１０−１４３１５５Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２４７２１（Ｐ２００８−３２４７２１）
【出願日】平成２０年１２月１９日（２００８．１２．１９）
【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２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１９日（２００８．１２．１９）
【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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