JP6110914B2

JP6110914B2 - 複合材構造体及び複合材構造体の製造方法

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Publication number: JP6110914B2
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Inventors: 義和小杉; 雅勝安部; 勇一郎安永
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Description

本発明の実施形態は、複合材構造体及び複合材構造体の製造方法に関する。

従来、航空機等の部品の材料として用いられるガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：ＧｌａｓｓＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）や炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：ＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）等の複合材同士や、複合材と金属との結合方法として、結合対象である部品同士をボルト及びナットで固定するファスナ結合が知られている。

しかし、例えば、航空機の部品同士の結合のように、多数の箇所でファスナ結合を行う必要がある場合には、組立工数の増大及び製品の重量の増加を招いている。

そこで、ファスナ結合と比較して軽量化が見込まれる接着継手を、航空機等の部品同士の結合に用いる技術が考案されている。接着継手としては、例えば、結合対象である部品を互いに斜めにそいで接着面を広くするスカーフ継手が考案されている（例えば特許文献１参照）。

また、複合材は、強化繊維に樹脂を含浸させたプリプレグと呼ばれる薄いシートを積層させ、加熱硬化することにより成形される。このため、複合材の積層方向における強度は、プリプレグの面に沿う方向における強度に比べて小さい。

そこで、複合材の積層方向における強度を確保するために、チタン等の金属シートを補強材としてプリプレグのシート間に設ける技術が考案されている（例えば特許文献２参照）。

米国特許第５２８１４５４号明細書特開２０１４−０２４３３４号公報

本発明は、複合材の接着継手の強度を一層向上させることを目的とする。

本発明の実施形態に係る複合材構造体は、第１の部材と、第２の部材とを有する。第１の部材は、断面が楔形となるように突出する凸部の表面を第１の接合面として有する。第２の部材は、前記第１の接合面と接合される第２の接合面を有し、複合材で構成される。複合材を構成する複数のシート状の繊維の一部を前記凸部に対応してＶ字状に押し広げて前記第２の接合面上において前記第２の接合面に垂直な方向に積層することによって、前記第１の部材側における前記複数のシート状の繊維の各端部を前記複合材の内部に配置した。
また、本発明の実施形態に係る複合材構造体は、第１の部材と、第２の部材とを有する。第１の部材は、第１の接合面を有し、金属で構成される。第２の部材は、前記第１の接合面と接合される第２の接合面を有し、複合材で構成される。前記複合材を構成する複数のシート状の繊維の一部を前記第２の接合面上において前記第２の接合面に垂直な方向に積層することによって、前記第１の部材側における前記複数のシート状の繊維の各端部を前記複合材の内部に配置した。
また、本発明の実施形態に係る複合材構造体は、板状の第１の部材と、板状の第２の部材とを有する。第１の部材は、第１の接合面を有する。第２の部材は、前記第１の接合面と接合される第２の接合面を有し、複合材で構成される。前記複合材を構成する複数のシート状の繊維の一部を前記第２の接合面上において前記第２の接合面に垂直な方向に積層することによって、前記第１の部材側における前記複数のシート状の繊維の各端部を前記複合材の内部に配置した。前記複合材を構成する複数のシート状の繊維の長さを変えることによって、前記複合材を構成する複数のシート状の繊維の一部であって、前記第１の部材側かつ前記第２の接合面側における複数のシート状の繊維の積層方向を前記第２の接合面に垂直な方向とする一方、前記複合材を構成する複数のシート状の繊維の残りの一部であって、前記第１の部材側かつ前記第２の接合面から離れた側における複数のシート状の繊維の積層方向を前記第２の部材の厚さ方向とし、かつ前記第２の部材の厚さ方向に積層された前記複数のシート状の繊維の各端部と、前記第２の接合面に垂直な方向に積層された前記複数のシート状の繊維の各端部を、前記第２の部材の厚さ方向に対して傾斜する平面上に配置した。
また、本発明の実施形態に係る複合材構造体の製造方法は、長さが同一でない第１の複数のプリプレグを、少なくとも各一端が内部となるように積層することによって、厚さ方向に対して傾斜する接合面を第１のプリプレグの表面で形成した第１のプリプレグの板状の積層体を製作するステップと、長さが同一でない第２の複数のプリプレグを、少なくとも各一端が内部となるように積層することによって、厚さ方向に対して傾斜する接合面を第２のプリプレグの表面で形成した第２のプリプレグの板状の積層体を製作するステップと、断面が楔形となるように突出する凸部の表面を２つの接合面として有する接合対象部品、前記第１のプリプレグの積層体及び前記第２のプリプレグの積層体を、前記第１のプリプレグの積層体の厚さ方向と前記第２のプリプレグの積層体の厚さ方向が同じ方向となり、かつ前記第１のプリプレグの積層体に形成される接合面が前記接合対象部品の一方の接合面に合わさる一方、前記第２のプリプレグの積層体に形成される接合面が前記接合対象部品の他方の接合面に合わさるように組合わせて加熱硬化するステップとを有するものである。
また、本発明の実施形態に係る複合材構造体の製造方法は、長さが同一でない第１の複数のプリプレグを、少なくとも各一端が内部となるように積層することによって、厚さ方向に対して傾斜する接合面を第１のプリプレグの表面で形成した第１のプリプレグの板状の積層体を製作するステップと、長さが同一でない第２の複数のプリプレグを、少なくとも各一端が内部となるように積層することによって、厚さ方向に対して傾斜する接合面を第２のプリプレグの表面で形成した第２のプリプレグの板状の積層体を製作するステップと、前記第１のプリプレグの積層体及び第２のプリプレグの積層体を同時又は別々に加熱硬化することによってそれぞれ接合面を有する板状の第１の複合材部品及び板状の第２の複合材部品を製作するステップと、断面が楔形となるように突出する凸部の表面を２つの接合面として有する接合対象部品、前記第１の複合材部品及び前記第２の複合材部品を、前記第１の複合材部品の厚さ方向と前記第２の複合材部品の厚さ方向が同じ方向となり、かつ前記第１の複合材部品の接合面が前記接合対象部品の一方の接合面に合わさる一方、前記第２の複合材部品の接合面が前記接合対象部品の他方の接合面に合わさるように接着剤で接合するステップとを有するものである。

本発明の第１の実施形態に係る複合材構造体の構造を示す断面図。図１に示す第１の部材と、図１に示す第２の部材と外観が同様である部材とを単純なスカーフ継手によって接合した場合の例を示す断面図。図１に示す第１の部材と、図１に示す第２の部材と外観が同様である部材とを単純なスカーフ継手によって接合した場合の別の例を示す断面図。図１に示す複合材構造体の第１の製造方法を説明する図。図１に示す複合材構造体の第２の製造方法を説明する図。本発明の第２の実施形態に係る複合材構造体の構造を示す断面図。本発明の第３の実施形態に係る複合材構造体の構造を示す断面図。本発明の第４の実施形態に係る複合材構造体の構造を示す断面図。

本発明の実施形態に係る複合材構造体及び複合材構造体の製造方法について添付図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
（構成及び機能）
図１は本発明の第１の実施形態に係る複合材構造体の構造を示す断面図である。

複合材構造体１は、第１の部材２と、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：ＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）等の複合材で構成される第２の部材３とを接合して構成される。第１の部材２は、第１の接合面４Ａを有する。一方、第２の部材３は、第２の接合面４Ｂを有する。そして、第２の部材３は、第１の部材２の第１の接合面４Ａと第２の接合面４Ｂで接合される。すなわち、第１の部材２の第１の接合面４Ａと、第２の部材３の第２の接合面４Ｂが互いに接合される。

第１の部材２及び第２の部材３の接合には、必要に応じて接着剤を用いることができる。接着剤を用いて第１の部材２及び第２の部材３を接合する場合には、第１の部材２の第１の接合面４Ａと、第２の部材３の第２の接合面４Ｂとの間に、接着層５が形成される。但し、接着剤を用いずに、複合材の加熱硬化によって第２の部材３を第１の部材２に接合するようにしてもよい。

第１の部材２は、複合材で構成される第２の部材３の接合対象となる金属等の部品である。一方、第２の部材３は複合材であるため、シート状の複数の繊維を積層して構成される。

具体的には、第２の部材３は、シート状の複数の繊維を、大局的には第２の部材３の厚さ方向ｔに積層した構造を有している。但し、第２の部材３の複合材を構成する複数の繊維の、第１の部材２側における各端部は、複合材の内部に配置される。従って、第２の部材３の第２の接合面４Ｂは、繊維の表面となる。また、第２の部材３の複合材を構成する複数の繊維の各端部が複合材の内部に配置されるため、第２の部材３の表面も繊維の表面となる。つまり、複合材を構成する繊維の各端部は、複合材の側面側を除いて外部に露出しない。

複合材を構成する繊維の各端部を複合材の内部に配置するためには、複合材を構成する複数の繊維の長さを変えればよい。原理的には、第２の部材３の第２の接合面４Ｂを形成する１枚の繊維の積層方向を第２の接合面４Ｂに垂直な方向ｎとし、他の繊維については長さを変えて積層方向を第２の部材３の厚さ方向ｔとすれば、複合材を構成する繊維の各端部が側面側を除いて外部に露出することを回避することができる。逆に、第２の部材３の表面を形成する１枚の繊維の積層方向を第２の部材３の厚さ方向ｔとし、他の繊維については長さを変えて積層方向を第２の接合面４Ｂに垂直な方向ｎとしても、複合材を構成する繊維の各端部が側面側を除いて外部に露出することを回避することができる。

但し、複合材の強度等の機械的特性を向上させる観点からは、複合材を構成する複数の繊維の一部であって、第１の部材２側かつ第２の接合面４Ｂ側における複数の繊維の積層方向を第２の接合面４Ｂに垂直な方向ｎとする一方、複合材を構成する複数の繊維の残りの一部であって、第１の部材２側かつ第２の接合面４Ｂから離れた側における複数の繊維の積層方向を第２の部材３の厚さ方向ｔとすることが好適である。つまり、第１の部材２側において、第２の部材３の厚さ方向ｔ及び第２の接合面４Ｂに垂直な方向ｎの双方に複数の繊維を積層することが好適である。

図示された例では、第１の部材２は、断面が楔形となるように突出する凸部の表面を第１の接合面４Ａとして有する部品である。従って、第２の部材３の第２の接合面４Ｂは、第１の部材２の凸部に対応してＶ字状に押し広げられた２枚の繊維の表面となる。また、第２の部材３の厚さ方向ｔ及び第２の接合面４Ｂに垂直な方向ｎの双方に複数の繊維が積層されている。従って、第２の部材３の厚さ方向ｔに積層された第２の部材３の表面側における複数の繊維の各端部と、第２の接合面４Ｂに垂直な方向ｎに積層された第１の部材２側における複数の繊維の各端部が、第２の部材３の厚さ方向ｔに対して傾斜する平面Ｐ上に配置されることになる。

このため、図１に例示される第２の部材３を製作するためには、長さが異なる複数の繊維を積層することによって２つのＶ字状の凹みを第１の部材２側の端部に形成し、積層された繊維を第２の部材３の厚さ方向の中心付近を境に上下の繊維に押し当てれば良いことになる。すなわち、厚さ方向の中心付近における長さが長い繊維を外側に向かって押し広げ、押し広げられた２枚の繊維の表面を第２の部材３の第２の接合面４Ｂとすればよい。

２つの接合対象物の接合面が板厚方向に対して傾斜する継手方法は、スカーフ継手と呼ばれる。従って、図１に例示されるように、傾斜する２つの接合面で接合された第１の部材２と第２の部材３の継手方法も、スカーフ継手の一種と言うことができる。

このようなスカーフ継手によって互いに接合された第１の部材２及び第２の部材３を含む複合材構造体１は、例えば、航空機の構造体として用いることができる。具体例として、複合材で構成された外板（パネル）と、胴体側における金属製の小骨（リブ）との接合を図１に示すようなスカーフ継手によって行うことができる。もちろん、桁（スパー）や縦通材（ストリンガー）等の部品を他の部品と連結する場合においても、図１に例示されるようなスカーフ継手を採用することができる。

尚、複合材構造体１の適用対象に応じて第１の部材２及び第２の部材３の構造を任意に決定することができる。例えば、第１の部材２及び第２の部材３をそれぞれ板状の部材としても良いし、ブロック状の部材としても良いし、棒状の部材としても良い。

（効果）
図１に示すような第２の部材３の第２の接合面４Ｂ及び第２の部材３の表面の双方を繊維の表面とする複合材構造体１によれば、接着継手において理想的とされているスカーフ継手において強度を一層向上させることができる。

図２は、図１に示す第１の部材２と、図１に示す第２の部材３と外観が同様である部材６とを単純なスカーフ継手によって接合した場合の例を示す断面図である。

第２の部材３を構成する複合材の全ての繊維の積層方向を第２の部材３の厚さ方向ｔとする従来の部材６の場合には、図２に示すように、繊維の位置を１層（プライ）ごとにずらすことによって部材６の厚さを徐々に減じる必要がある。この場合、部材６の接合面６Ａは、繊維の端部によって形成される。従って、部材６と第１の部材２との間における実質的な繊維の接着面積が小さくなる。その結果、部材６と第１の部材２との間における継手としての荷重伝達能力が低下することになる。つまり、繊維の端部によって形成された接合面は、荷重伝達能力が低い。

図３は、図１に示す第１の部材２と、図１に示す第２の部材３と外観が同様である部材７とを単純なスカーフ継手によって接合した場合の別の例を示す断面図である。

一方、図３に示すように、繊維の表面によって部材７の接合面を形成するために、繊維の積層方向を部材７の接合面に垂直な方向とすることもできる。しかしながら、この場合、繊維の端部が部材７の表面に配置されることになる。その結果、継手部分に曲げが負荷された場合や損傷が発生した場合には、繊維の端部を起点とする繊維の剥がれや繊維層間における剥離が発生し易くなる。

これに対して、図１に示す複合材構造体１の場合には、繊維の端部が第２の接合面４Ｂ及び表面に配置されないように繊維の積層方向が決定されているため、上述したような弊害が生じない。すなわち、繊維の端部を内部に配置することによって、第２の部材３の第２の接合面４Ｂ及び第２の部材３の表面の双方を繊維の表面とすることができる。その結果、第２の部材３と第１の部材２との間における有効な接着面積を確保することによって荷重伝達能力及び強度を向上しつつ繊維の剥がれや層間剥離を防止することができる。

特に、繊維層を重ねた構造を有する複合材を接合対象とするスカーフ継手において、階段状に接合面を形成するステップ継手や円筒の外表面を接合面とする配管用の重ね継手（ラップ継手）と同等な接合面積を確保することができる。ステップ継手は、積層体の接合面積を確保することを狙いとする継手手法であるが、伝達される荷重を均一にする観点からはステップ継手よりもスカーフ継手の方が優れている。このため、図１に例示されるスカーフ継手は、従来の各継手方法の利点を兼ね備えた継手方法であると言える。

（製造方法）
次に複合材構造体１の製造方法について説明する。

図４は、図１に示す複合材構造体１の第１の製造方法を説明する図である。

まず（Ａ）に示すように、厚さ方向ｔに対して傾斜する接合面Ｓ１を第１のプリプレグＰ１の表面で形成した第１のプリプレグＰ１の積層体１０Ａが製作される。第１のプリプレグＰ１の積層体１０Ａは、長さが同一でない第１の複数のプリプレグＰ１を、少なくとも各一端が内部となるように積層することによって製作することができる。

次に、（Ｂ）に示すように、第１のプリプレグＰ１の積層体１０Ａの接合面Ｓ１に必要に応じて接着剤１１が塗布される。或いは、シート状の接着剤１１が配置される。

次に、（Ｃ）に示すように、第１の部材２として、断面が楔形となるように突出する凸部の表面を２つの接合面として有する接合対象部品１２が第１のプリプレグＰ１の積層体１０Ａの上に配置される。具体的には、第１の複数のプリプレグＰ１の積層体１０Ａに形成される接合面Ｓ１が、接合対象部品１２の一方の接合面に合わさるように、第１の複数のプリプレグＰ１の積層体１０Ａと接合対象部品１２とが組合わせられる。

次に、（Ｄ）に示すように、接合対象部品１２の他方の接合面に必要に応じて接着剤１１が塗布される。或いは、シート状の接着剤１１が配置される。

次に、（Ｅ）に示すように、厚さ方向ｔに対して傾斜する接合面Ｓ２を第２のプリプレグＰ２の表面で形成した第２のプリプレグＰ２の積層体１０Ｂが製作される。第２のプリプレグＰ２の積層体１０Ｂは、長さが同一でない第２のプリプレグＰ２を、少なくとも各一端が内部となるように積層することによって製作することができる。

第２のプリプレグＰ２は、互いに組合わせられた第１の複数のプリプレグＰ１の積層体１０Ａ及び接合対象部品１２の上に積層される。その結果、接合対象部品１２、第１の複数のプリプレグＰ１の積層体１０Ａ及び第２のプリプレグＰ２の積層体１０Ｂが組合わせられる。また、第１の複数のプリプレグＰ１の積層体１０Ａの厚さ方向と第２のプリプレグＰ２の積層体１０Ｂの厚さ方向が同じ方向となり、第２のプリプレグＰ２の積層体１０Ｂに形成される接合面Ｓ２が、接合対象部品１２の他方の接合面に合わさる。

次に、（Ｆ）に示すように、第１の複数のプリプレグＰ１の積層体１０Ａに形成される接合面Ｓ１が接合対象部品１２の一方の接合面に合わさる一方、第２のプリプレグＰ２の積層体１０Ｂに形成される接合面Ｓ２が、接合対象部品１２の他方の接合面に合わさるように組合わせられた接合対象部品１２、第１の複数のプリプレグＰ１の積層体１０Ａ及び第２のプリプレグＰ２の積層体１０Ｂがオートクレーブ成形によって加熱硬化される。

このような製造工程によって図１に例示される複合材構造体１を製造することができる。つまり、図４に示す製造方法は、第１の部材２と第２の部材３の素材であるプリプレグを組合わせた後に一体的に加熱硬化することによって複合材構造体１を製造する方法である。

一方、第２の部材３を中間硬化又は加熱硬化した後に第１の部材２と第２の部材３とを接着剤で接着することによって複合材構造体１を製造することもできる。但し、図１に示すスカーフ継手のように接着面が２つある場合には、第２の部材３を２つの部分に分割して加熱硬化することが第１の部材２の第１の接合面４Ａと第２の部材３の第２の接合面４Ｂとを確実に合わせる観点から好適である。また、第２の部材３が中間硬化される場合には、第１の部材２と第２の部材３とを接着剤で接着した後に、第２の部材３が最終硬化される。

図５は、図１に示す複合材構造体１の第２の製造方法を説明する図である。

まず（Ａ）に示すように、厚さ方向ｔに対して傾斜する接合面Ｓ１を第１のプリプレグＰ１の表面で形成した第１のプリプレグＰ１の積層体１０Ａが製作される。同様に、厚さ方向ｔに対して傾斜する接合面Ｓ２を第２のプリプレグＰ２の表面で形成した第２のプリプレグＰ２の積層体１０Ｂが製作される。

第１のプリプレグＰ１の積層体１０Ａは、長さが同一でない第１の複数のプリプレグＰ１を、少なくとも各一端が内部となるように積層することによって製作することができる。同様に、第２のプリプレグＰ２の積層体１０Ｂは、長さが同一でない第２のプリプレグＰ２を、少なくとも各一端が内部となるように積層することによって製作することができる。

次に、（Ｂ）に示すように、第１のプリプレグＰ１の積層体１０Ａ及び第２のプリプレグＰ２の積層体１０Ｂがオートクレーブ成形によって同時又は別々に加熱硬化される。これにより、それぞれ接合面を有する第１の複合材部品及び第２の複合材部品が製作される。第１のプリプレグＰ１の積層体１０Ａ及び第２のプリプレグＰ２の積層体１０Ｂの双方をオートクレーブ装置内に搬入できる場合には、第１のプリプレグＰ１の積層体１０Ａ及び第２のプリプレグＰ２の積層体１０Ｂを同時に加熱硬化することが効率的である。

次に、（Ｃ）に示すように、第１の複合材部品３Ａの接合面に接着剤１１が塗布される。或いは、シート状の接着剤１１が配置される。

次に、（Ｄ）に示すように、第１の部材２として、断面が楔形となるように突出する凸部の表面を２つの接合面として有する接合対象部品１２が第１の複合材部品３Ａの上に配置される。具体的には、第１の複合材部品３Ａの接合面Ｓ１が、接合対象部品１２の一方の接合面に合わさるように、第１の複合材部品３Ａと接合対象部品１２とが組合わせられる。

次に、（Ｅ）に示すように、接合対象部品１２の他方の接合面に接着剤１１が塗布される。或いは、シート状の接着剤１１が配置される。

次に、（Ｆ）に示すように、互いに組合わせられた第１の複合材部品３Ａ及び接合対象部品１２の上に第２の複合材部品３Ｂが組合わせられる。これにより、第１の複合材部品３Ａの厚さ方向と第２の複合材部品３Ｂの厚さ方向が同じ方向となり、かつ第１の複合材部品３Ａの接合面Ｓ１が接合対象部品１２の一方の接合面に合わさる一方、第２の複合材部品３Ｂの接合面Ｓ２が接合対象部品１２の他方の接合面に合わさるように、接合対象部品１２、第１の複合材部品３Ａ及び第２の複合材部品３Ｂが互いに接着剤１１で接合される。

このような製造工程によって図１に例示される複合材構造体１を製造することができる。尚、必要に応じて接着剤１１を溶融させるために接合対象部品１２、第１の複合材部品３Ａ及び第２の複合材部品３Ｂが加熱される。

（第２の実施形態）
図６は本発明の第２の実施形態に係る複合材構造体の構造を示す断面図である。

図６に示された第２の実施形態における複合材構造体１Ａは、第１の部材２０の厚さ方向ｔ１と第２の部材２１の厚さ方向ｔ２が互いに異なる点が第１の実施形態における複合材構造体１と相違する。第２の実施形態における複合材構造体１Ａの他の構成及び作用については第１の実施形態における複合材構造体１と実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。

すなわち、図６に例示されるように第１の部材２０の厚さ方向ｔ１と第２の部材２１の厚さ方向ｔ２が異なる場合においても、同様に第１の部材２０側における複数の繊維の各端部を第２の部材２１の内部に形成することができる。これにより、第２の部材２１の表面及び第２の部材２１の接合面２１Ａを、いずれも繊維の表面とすることができる。

もちろん、図６に例示されるようなＬ字型の継手に限らず、任意の角度で接合された継手においても同様な構造を採用することができる。

（第３の実施形態）
図７は本発明の第３の実施形態に係る複合材構造体の構造を示す断面図である。

図７に示された第３の実施形態における複合材構造体１Ｂは、第１の部材３０の第１の接合面３０Ａ及び第２の部材３１の第２の接合面３１Ａの各位置が規則的に繰返される点が第１の実施形態における複合材構造体１と相違する。第３の実施形態における複合材構造体１Ｂの他の構成及び作用については第１の実施形態における複合材構造体１と実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。

図７に例示されるように、第１の部材３０の第１の接合面３０Ａ及び第２の部材３１の第２の接合面３１Ａの各位置及び形状は任意に決定することができる。従って、図７に示す例に限らずステップ継手においても、同様な構造を採用することができる。特に、第１の部材３０及び第２の部材３１の厚さが繊維の厚さと比較して大きい場合には、図７に例示されるように、第１の部材３０の第１の接合面３０Ａ及び第２の部材３１の第２の接合面３１Ａの形状を、単純な形状を規則的に繰返す形状とすることができる。

（第４の実施形態）
図８は本発明の第４の実施形態に係る複合材構造体の構造を示す断面図である。

図８に示された第４の実施形態における複合材構造体１Ｃは、第１の部材４０及び第２の部材４１の双方が複合材で構成される点が第１の実施形態における複合材構造体１と相違する。第４の実施形態における複合材構造体１Ｃの他の構成及び作用については第１の実施形態における複合材構造体１と実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。

図８に示すように第１の部材４０が複合材である場合においても同様な構造を採用することができる。第１の部材４０が複合材である場合には、図８に例示されるように第１の部材４０と、第２の部材４１とを空間的に線対称となるように配置して単純なスカーフ継手によって接合することができる。もちろん、図１に例示されるような面対称な２つの接合面を有するスカーフ継手を採用することもできる。その場合には、楔形の凸部の中心に第１の部材２を構成する複数の繊維の各端部を配置すればよい。

同様に、第２及び第３の実施形態においても、第１の部材２０、３０を複合材で構成することができる。

（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ複合材構造体
２第１の部材
３第２の部材
３Ａ第１の複合材部品
３Ｂ第２の複合材部品
４Ａ第１の接合面
４Ｂ第２の接合面
５接着層
６部材
６Ａ接合面
７部材
１０Ａ、１０Ｂプリプレグの積層体
１１接着剤
１２接合対象部品
２０第１の部材
２１第２の部材
２１Ａ接合面
３０第１の部材
３０Ａ第１の接合面
３１第２の部材
３１Ａ第２の接合面
４０第１の部材
４１第２の部材
Ｐ平面
Ｐ１第１のプリプレグ
Ｐ２第２のプリプレグ
Ｓ１、Ｓ２接合面

Claims

断面が楔形となるように突出する凸部の表面を第１の接合面として有する第１の部材と、
前記第１の接合面と接合される第２の接合面を有し、複合材で構成される第２の部材とを有し、
前記複合材を構成する複数のシート状の繊維の一部を前記凸部に対応してＶ字状に押し広げて前記第２の接合面上において前記第２の接合面に垂直な方向に積層することによって、前記第１の部材側における前記複数のシート状の繊維の各端部を前記複合材の内部に配置した複合材構造体。
第１の接合面を有し、金属で構成される第１の部材と、
前記第１の接合面と接合される第２の接合面を有し、複合材で構成される第２の部材とを有し、
前記複合材を構成する複数のシート状の繊維の一部を前記第２の接合面上において前記第２の接合面に垂直な方向に積層することによって、前記第１の部材側における前記複数のシート状の繊維の各端部を前記複合材の内部に配置した複合材構造体。
第１の接合面を有する板状の第１の部材と、
前記第１の接合面と接合される第２の接合面を有し、複合材で構成される板状の第２の部材とを有し、
前記複合材を構成する複数のシート状の繊維の一部を前記第２の接合面上において前記第２の接合面に垂直な方向に積層することによって、前記第１の部材側における前記複数のシート状の繊維の各端部を前記複合材の内部に配置した複合材構造体であって、
前記複合材を構成する複数のシート状の繊維の長さを変えることによって、前記複合材を構成する複数のシート状の繊維の一部であって、前記第１の部材側かつ前記第２の接合面側における複数のシート状の繊維の積層方向を前記第２の接合面に垂直な方向とする一方、前記複合材を構成する複数のシート状の繊維の残りの一部であって、前記第１の部材側かつ前記第２の接合面から離れた側における複数のシート状の繊維の積層方向を前記第２の部材の厚さ方向とし、かつ前記第２の部材の厚さ方向に積層された前記複数のシート状の繊維の各端部と、前記第２の接合面に垂直な方向に積層された前記複数のシート状の繊維の各端部を、前記第２の部材の厚さ方向に対して傾斜する平面上に配置した複合材構造体。
前記複合材を構成する複数のシート状の繊維の長さを変えることによって、前記複合材を構成する複数のシート状の繊維の一部であって、板状の前記第１の部材側かつ前記第２の接合面側における複数のシート状の繊維の積層方向を前記第２の接合面に垂直な方向とする一方、前記複合材を構成する複数のシート状の繊維の残りの一部であって、前記第１の部材側かつ前記第２の接合面から離れた側における複数のシート状の繊維の積層方向を板状の前記第２の部材の厚さ方向とした請求項１又は２記載の複合材構造体。
前記第１の部材と前記第２の部材とはスカーフ継手で接合される請求項２又は３記載の複合材構造体。
前記第１の部材は、断面が楔形となるように突出する凸部の表面を前記第１の接合面とし、
前記第２の部材は、前記凸部に対応してＶ字状に押し広げられた２枚のシート状の繊維を含む請求項２、３又は５記載の複合材構造体。
長さが同一でない第１の複数のプリプレグを、少なくとも各一端が内部となるように積層することによって、厚さ方向に対して傾斜する接合面を第１のプリプレグの表面で形成した第１のプリプレグの板状の積層体を製作するステップと、
長さが同一でない第２の複数のプリプレグを、少なくとも各一端が内部となるように積層することによって、厚さ方向に対して傾斜する接合面を第２のプリプレグの表面で形成した第２のプリプレグの板状の積層体を製作するステップと、
断面が楔形となるように突出する凸部の表面を２つの接合面として有する接合対象部品、前記第１のプリプレグの積層体及び前記第２のプリプレグの積層体を、前記第１のプリプレグの積層体の厚さ方向と前記第２のプリプレグの積層体の厚さ方向が同じ方向となり、かつ前記第１のプリプレグの積層体に形成される接合面が前記接合対象部品の一方の接合面に合わさる一方、前記第２のプリプレグの積層体に形成される接合面が前記接合対象部品の他方の接合面に合わさるように組合わせて加熱硬化するステップと、
を有する複合材構造体の製造方法。
長さが同一でない第１の複数のプリプレグを、少なくとも各一端が内部となるように積層することによって、厚さ方向に対して傾斜する接合面を第１のプリプレグの表面で形成した第１のプリプレグの板状の積層体を製作するステップと、
長さが同一でない第２の複数のプリプレグを、少なくとも各一端が内部となるように積層することによって、厚さ方向に対して傾斜する接合面を第２のプリプレグの表面で形成した第２のプリプレグの板状の積層体を製作するステップと、
前記第１のプリプレグの積層体及び第２のプリプレグの積層体を同時又は別々に加熱硬化することによってそれぞれ接合面を有する板状の第１の複合材部品及び板状の第２の複合材部品を製作するステップと、
断面が楔形となるように突出する凸部の表面を２つの接合面として有する接合対象部品、前記第１の複合材部品及び前記第２の複合材部品を、前記第１の複合材部品の厚さ方向と前記第２の複合材部品の厚さ方向が同じ方向となり、かつ前記第１の複合材部品の接合面が前記接合対象部品の一方の接合面に合わさる一方、前記第２の複合材部品の接合面が前記接合対象部品の他方の接合面に合わさるように接着剤で接合するステップと、
を有する複合材構造体の製造方法。