特許 6770987 複合材構造体、航空機及び雷電流の誘導方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6770987

(24)【登録日】2020年9月30日

(45)【発行日】2020年10月21日

(54)【発明の名称】複合材構造体、航空機及び雷電流の誘導方法

(51)【国際特許分類】

   B64D 45/02 20060101AFI20201012BHJP

   B64C 1/00 20060101ALI20201012BHJP

   B64C 3/20 20060101ALI20201012BHJP

【ＦＩ】

   B64D45/02

   B64C1/00 B

   B64C3/20

【請求項の数】14

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-44814(P2018-44814)

(22)【出願日】2018年3月12日

(65)【公開番号】特開2019-156136(P2019-156136A)

(43)【公開日】2019年9月19日

【審査請求日】2018年11月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】100136504

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 毅彦

(72)【発明者】

【氏名】田尻 啓祐

(72)【発明者】

【氏名】平木 恵

【審査官】 マキロイ 寛済

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１９０６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１２１８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１５５４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１７５６３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６４Ｄ ４５／０２

Ｂ６４Ｃ １／００

Ｂ６４Ｃ ３／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

貫通孔を有する複合材と、
前記貫通孔に挿入され、前記複合材を他の部品と連結するファスナとを有し、
前記複合材の少なくとも一部を導電性複合材で構成し、前記貫通孔が形成される前記導電性複合材の部分の厚さを、前記導電性複合材の他の部分における厚さよりも厚くし、かつ前記導電性複合材の厚さを、前記貫通孔から離れた側から前記貫通孔に向かって徐々に厚くした複合材構造体。

【請求項2】

貫通孔を有する複合材と、
前記貫通孔に挿入され、前記複合材を他の部品と連結するファスナと、
前記ファスナで前記複合材の両面側で前記複合材と連結される一対のブラケットと、
を有し、
前記複合材の少なくとも一部を導電性複合材で構成し、前記一対のブラケット間における前記導電性複合材の厚さを他の部分における厚さよりも厚くした複合材構造体。

【請求項3】

前記複合材の一部を非導電性複合材で構成した請求項１又は２記載の複合材構造体。

【請求項4】

貫通孔を有する複合材と、
前記貫通孔に挿入され、前記複合材を他の部品と連結するファスナと、
を有し、
前記複合材の少なくとも一部を導電性複合材で構成する一方、前記複合材の別の一部を非導電性複合材で構成し、厚さが一定である板状の前記非導電性複合材に厚さが一定でない板状の前記導電性複合材を重ね合せて前記複合材を構成することによって、前記貫通孔が形成される前記導電性複合材の部分の厚さを、前記導電性複合材の他の部分における厚さよりも厚くした複合材構造体。

【請求項5】

導電性を有する前記ファスナを前記複合材と接触させずに前記貫通孔に挿入した請求項１乃至４のいずれか１項に記載の複合材構造体。

【請求項6】

導電性を有する前記ファスナを前記複合材と接触させて前記貫通孔に挿入した請求項１乃至４のいずれか１項に記載の複合材構造体。

【請求項7】

第１の貫通孔を有する第１の複合材と、
第２の貫通孔を有する第２の複合材と、
前記第１の複合材と前記第２の複合材とを連結するブラケットと、
前記第１の貫通孔に挿入され、前記第１の複合材を前記ブラケットと連結する第１のファスナと、
前記第２の貫通孔に挿入され、前記第２の複合材を前記ブラケットと連結する第２のファスナと、
を有し、
前記第１の複合材及び前記第２の複合材の少なくとも一部をそれぞれ導電性複合材で構成し、前記第１の貫通孔及び第２の貫通孔が形成される前記導電性複合材の部分の厚さを、前記導電性複合材の他の部分における厚さよりも厚くした複合材構造体。

【請求項8】

前記第１の複合材と前記第２の複合材との間に形成される空隙に導電性を有する接着剤を充填した請求項７記載の複合材構造体。

【請求項9】

前記第１の複合材の少なくとも一部と、前記第２の複合材の少なくとも一部を、共通の繊維強化層を積層して成る導電性複合材で構成した請求項７又は８記載の複合材構造体。

【請求項10】

航空機の中央翼外板の少なくとも一部を前記第１の複合材で構成する一方、前記航空機の左右の主翼外板の少なくとも一部をそれぞれ前記第２の複合材で構成し、前記左右の主翼外板を構成する前記導電性複合材の間を、前記中央翼外板の少なくとも一部を構成する前記導電性複合材を含む導体で連結した請求項７乃至９のいずれか１項に記載の複合材構造体。

【請求項11】

航空機の中央翼外板の少なくとも一部を前記第１の複合材で構成する一方、前記航空機の主翼外板の少なくとも一部を前記第２の複合材で構成し、前記中央翼外板の少なくとも一部を構成する前記導電性複合材を、端部が前記航空機の機体先端及び機体後端の少なくとも一方に配置された導体と連結した請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の複合材構造体。

【請求項12】

請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の複合材構造体を有する航空機。

【請求項13】

複合材の貫通孔に挿入されるファスナで前記複合材を他の部品と連結した複合材構造体において、前記複合材の少なくとも一部を導電性複合材で構成し、前記貫通孔が形成される前記導電性複合材の部分の厚さを、前記導電性複合材の他の部分における厚さよりも厚くし、かつ前記導電性複合材の厚さを、前記貫通孔から離れた側から前記貫通孔に向かって徐々に厚くすることによって、雷電流を前記導電性複合材に誘導する雷電流の誘導方法。

【請求項14】

複合材の貫通孔に挿入されるファスナで前記複合材を他の部品と連結した複合材構造体において、前記複合材の少なくとも一部を導電性複合材で構成する一方、前記複合材の別の一部を非導電性複合材で構成し、厚さが一定である板状の前記非導電性複合材に厚さが一定でない板状の前記導電性複合材を重ね合せ、前記貫通孔が形成される前記導電性複合材の部分の厚さを、前記導電性複合材の他の部分における厚さよりも厚くすることによって、雷電流を前記導電性複合材に誘導する雷電流の誘導方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、複合材構造体、航空機及び雷電流の誘導方法に関する。

【背景技術】

【0002】

航空機を設計する際には、落雷に対する対策が必要である。航空機への落雷に対する代表的な対策としては、金属製のファスナと、ファスナを挿入するための孔との間におけるスパークの防止が挙げられる（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−１８９０７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年では航空機の材料としてガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ： Ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｓ）や炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ： Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等の樹脂を繊維で強化した複合材が使用される割合が増加している。

【0005】

しかしながら、複合材は電流を通しにくいため、複合材で構成される部品を良導体であるファスナで連結すると、雷電流によって複合材とファスナとの間においてスパークが発生するリスクが高くなる。これは、航空機に限らず複合材で構成される部品をファスナで連結した構造を有する複合材構造体において共通の課題である。

【0006】

そこで、本発明は、複合材で構成される部品をファスナで連結した構造を有する複合材構造体において雷電流に起因するスパークの発生リスクを低減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の実施形態に係る複合材構造体は、貫通孔を有する複合材と、前記貫通孔に挿入され、前記複合材を他の部品と連結するファスナとを有し、前記複合材の少なくとも一部を導電性複合材で構成し、前記貫通孔が形成される前記導電性複合材の部分の厚さを、前記導電性複合材の他の部分における厚さよりも厚くし、かつ前記導電性複合材の厚さを、前記貫通孔から離れた側から前記貫通孔に向かって徐々に厚くしたものである。
また、本発明の実施形態に係る複合材構造体は、貫通孔を有する複合材と、前記貫通孔に挿入され、前記複合材を他の部品と連結するファスナと、前記ファスナで前記複合材の両面側で前記複合材と連結される一対のブラケットとを有し、前記複合材の少なくとも一部を導電性複合材で構成し、前記一対のブラケット間における前記導電性複合材の厚さを他の部分における厚さよりも厚くしたものである。
また、本発明の実施形態に係る複合材構造体は、貫通孔を有する複合材と、前記貫通孔に挿入され、前記複合材を他の部品と連結するファスナとを有し、前記複合材の少なくとも一部を導電性複合材で構成する一方、前記複合材の別の一部を非導電性複合材で構成し、厚さが一定である板状の前記非導電性複合材に厚さが一定でない板状の前記導電性複合材を重ね合せて前記複合材を構成することによって、前記貫通孔が形成される前記導電性複合材の部分の厚さを、前記導電性複合材の他の部分における厚さよりも厚くしたものである。
また、本発明の実施形態に係る複合材構造体は、第１の貫通孔を有する第１の複合材と、第２の貫通孔を有する第２の複合材と、前記第１の複合材と前記第２の複合材とを連結するブラケットと、前記第１の貫通孔に挿入され、前記第１の複合材を前記ブラケットと連結する第１のファスナと、前記第２の貫通孔に挿入され、前記第２の複合材を前記ブラケットと連結する第２のファスナとを有し、前記第１の複合材及び前記第２の複合材の少なくとも一部をそれぞれ導電性複合材で構成し、前記第１の貫通孔及び第２の貫通孔が形成される前記導電性複合材の部分の厚さを、前記導電性複合材の他の部分における厚さよりも厚くしたものである。

【0008】

また、本発明の実施形態に係る航空機は、上述した複合材構造体を有するものである。

【0009】

また、本発明の実施形態に係る雷電流の誘導方法は、複合材の貫通孔に挿入されるファスナで前記複合材を他の部品と連結した複合材構造体において、前記複合材の少なくとも一部を導電性複合材で構成し、前記貫通孔が形成される前記導電性複合材の部分の厚さを、前記導電性複合材の他の部分における厚さよりも厚くし、かつ前記導電性複合材の厚さを、前記貫通孔から離れた側から前記貫通孔に向かって徐々に厚くすることによって、雷電流を前記導電性複合材に誘導するものである。
また、本発明の実施形態に係る雷電流の誘導方法は、複合材の貫通孔に挿入されるファスナで前記複合材を他の部品と連結した複合材構造体において、前記複合材の少なくとも一部を導電性複合材で構成する一方、前記複合材の別の一部を非導電性複合材で構成し、厚さが一定である板状の前記非導電性複合材に厚さが一定でない板状の前記導電性複合材を重ね合せ、前記貫通孔が形成される前記導電性複合材の部分の厚さを、前記導電性複合材の他の部分における厚さよりも厚くすることによって、雷電流を前記導電性複合材に誘導するものである。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る複合材構造体を有する航空機の上面図。

【図2】図１に示す航空機の中央翼の斜視図。

【図3】図２に示す中央翼の下面パネルと主翼の下面パネルの連結部分における断面図。

【図4】図３等に示す複合材の貫通孔にファスナをクリアランスフィット方式で挿入した例を示す縦断面図。

【図5】図３等に示す複合材の貫通孔にファスナをインターフェアレンスフィット方式で挿入した例を示す縦断面図。

【図6】本発明の第２の実施形態に係る複合材構造体を有する航空機の上面図。

【図7】図６に示す中央翼の下面パネルと主翼の下面パネルの連結部分における断面図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の実施形態に係る複合材構造体、航空機及び雷電流の誘導方法について添付図面を参照して説明する。

【0012】

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る複合材構造体を有する航空機の上面図、図２は図１に示す航空機の中央翼の斜視図である。

【0013】

航空機１は、胴体２に左右の主翼３Ｌ、３Ｒ、左右の水平尾翼４Ｌ、４Ｒ及び垂直尾翼５等を設けた構造を有する。左右の主翼３Ｌ、３Ｒを繋ぐ胴体２の部分は中央翼６と呼ばれる。胴体２、主翼３Ｌ、３Ｒ、水平尾翼４Ｌ、４Ｒ及び垂直尾翼５等の航空機構造体は、外板（パネル）に桁（スパー）、小骨（リブ）及び縦通材（ストリンガ）等の補強部材を取付けた構造を有する。

【0014】

例えば、左右の主翼３Ｌ、３Ｒは、上面パネル７Ｕと下面パネル７Ｌをフロントスパー（前桁）、リアスパー（後桁）、複数のリブ及び複数のストリンガで補強したボックス構造を有している。そして、左右の主翼３Ｌ、３Ｒの内部又は左右の主翼３Ｌ、３Ｒの内部に収納された燃料タンクに燃料が搭載される。同様に中央翼６の構造も図２に例示されるように上面パネル８Ｕと下面パネル８Ｌを補強部材で補強したボックス構造となっている。

【0015】

胴体２、主翼３Ｌ、３Ｒ、水平尾翼４Ｌ、４Ｒ及び垂直尾翼５等の航空機構造体は、複合材構造体９で構成することができる。複合材構造体９は、少なくとも一部に繊維で樹脂を強化した繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）を材料として用いた構造体である。ＦＲＰは複合材とも呼ばれ、繊維強化樹脂層を積層した構造を有する。複合材としては炭素繊維で樹脂を強化したＣＦＲＰやガラス繊維で樹脂を強化したＧＦＲＰが代表的である。

【0016】

図３は図２に示す中央翼６の下面パネル８Ｌと主翼３Ｌの下面パネル７Ｌの連結部分における断面図である。

【0017】

図３に例示されるように中央翼６の下面パネル８Ｌと左側の主翼３Ｌの下面パネル７Ｌはブラケット１１で連結することができる。尚、中央翼６の下面パネル８Ｌと主翼３Ｌの下面パネル７Ｌとの間には必要な部品が組付けられるが、細かい部品の図示は省略されている。

【0018】

また、右側の主翼３Ｒの下面パネル７Ｌ並びに左右の主翼３Ｌ、３Ｒの上面パネル７Ｕについても、同様に中央翼６の下面パネル８Ｌ並びに上面パネル８Ｕとブラケット１１で連結することができる。以下、主に図３を参照して中央翼６の下面パネル８Ｌと左側の主翼３Ｌの下面パネル７Ｌとの間における連結構造を例に説明する場合があるが、右側の主翼３Ｒの下面パネル７Ｌ並びに左右の主翼３Ｌ、３Ｒの上面パネル７Ｕと、中央翼６の下面パネル８Ｌ並びに上面パネル８Ｕとの間における各連結構造についても同様である。

【0019】

中央翼６及び主翼３Ｌを複合材構造体９で構成する場合、中央翼６の下面パネル８Ｌ及び主翼３Ｌの下面パネル７Ｌは、ＣＦＲＰ等の繊維で樹脂が強化された複合材１２で構成される。このため、中央翼６の下面パネル８Ｌも、主翼３Ｌの下面パネル７Ｌも繊維強化樹脂層を積層した構造を有する。

【0020】

中央翼６の下面パネル８Ｌを構成する第１の複合材１２Ａには、第１のファスナ１３Ａを挿入するための第１の貫通孔１４Ａが設けられる。同様に、主翼３Ｌの下面パネル７Ｌを構成する第２の複合材１２Ｂにも、第２のファスナ１３Ｂを挿入するための第２の貫通孔１４Ｂが設けられる。

【0021】

そして、第１の複合材１２Ａの第１の貫通孔１４Ａに挿入される第１のファスナ１３Ａ及び第２の複合材１２Ｂの第２の貫通孔１４Ｂに挿入される第２のファスナ１３Ｂで、第１の複合材１２Ａ及び第２の複合材１２Ｂの両面側で一対のブラケット１１が第１の複合材１２Ａ及び第２の複合材１２Ｂと連結される。すなわち、第１の複合材１２Ａの第１の貫通孔１４Ａに挿入される第１のファスナ１３Ａで第１の複合材１２Ａが一対のブラケット１１と連結される。他方、第２の複合材１２Ｂの第２の貫通孔１４Ｂに挿入される第２のファスナ１３Ｂで第２の複合材１２Ｂが一対のブラケット１１と連結される。

【0022】

その結果、中央翼６の下面パネル８Ｌを構成する第１の複合材１２Ａと、主翼３Ｌの下面パネル７Ｌを構成する第２の複合材１２Ｂとを一対のブラケット１１で連結することができる。

【0023】

ブラケット１１で連結される中央翼６の下面パネル８Ｌの端部及び主翼３Ｌの下面パネル７Ｌの端部には、他の部分よりも大きな荷重が局所的に負荷されることになる。このため、ブラケット１１で連結される第１の複合材１２Ａ及び第２の複合材１２Ｂの各端部には、荷重に耐えるための強度を付与することが必要となる。

【0024】

そこで、板状の第１の複合材１２Ａの端部における厚さ及び板状の第２の複合材１２Ｂの端部における厚さが、それぞれ他の部分における厚さよりも厚くなるように設計される。具体的には他の部分よりも多くの数の繊維強化樹脂層が積層される。尚、このように追加的な繊維強化樹脂層を当てがうことによって部分的に厚みを増加させた部分はＰａｄＵｐ部とも呼ばれる。

【0025】

一方、航空機１に雷が落ちる場合、雷は左右の主翼３Ｌ、３Ｒの翼端や胴体２の先端又は後端のように鋭利な部分に着雷する確率が高いことが知られている。雷には正イオンのプラズマからなる正極性の雷と、電子又は負イオンのプラズマからなる負極性の雷がある。

【0026】

正極性の雷が航空機１に着雷すると、着雷点が雷電流の入口となる。そして、着雷点から雷電流が航空機１を流れ、着雷点とは別の位置に形成される雷電流の出口から正極性の放電が生じる。逆に負極性の雷が航空機１に着雷すると、着雷点が雷電流の出口となる。そして、着雷点から電子が航空機１を流れ、着雷点とは別の位置に形成される雷電流の入口から負極性の放電が生じる。つまり、航空機１が被雷すると着雷点を入口又は出口とする雷電流が流れ、着雷点と異なる位置から放電が起こる。尚、航空機１を流れる雷電流が分岐し、複数の位置から放電が起こる場合もある。

【0027】

また、雷電流は直進性を有する。このため、図１に示すように左右の主翼３Ｌ、３Ｒの翼端に正極性の雷が着雷した場合、雷電流は主翼３Ｌ、３Ｒの翼端から胴体２に向かって流れる場合が多い。雷電流が流れると、部品間の隙間においてスパークが生じるリスクが発生する。スパークが主翼３Ｌ、３Ｒ内の燃料タンクに充填されている燃料に引火すると大事故に繋がる。このため、燃料タンクは十分に絶縁される。

【0028】

その結果、雷電流が主翼３Ｌ、３Ｒの翼端から胴体２に向かって流れた場合、雷電流は主翼３Ｌ、３Ｒの下面パネル７Ｌを構成する第２の複合材１２Ｂ又は主翼３Ｌ、３Ｒの上面パネル７Ｕを構成する複合材１２を流れることになる。同様に、負極性の雷が主翼３Ｌ、３Ｒの翼端に着雷した場合においても、電子が主翼３Ｌ、３Ｒの翼端から胴体２に向かって主翼３Ｌ、３Ｒの下面パネル７Ｌを構成する第２の複合材１２Ｂ又は主翼３Ｌ、３Ｒの上面パネル７Ｕを構成する複合材１２を流れることになる。

【0029】

従って、左右の主翼３Ｌ、３Ｒの上面パネル７Ｕ及び下面パネル７Ｌと、中央翼６の上面パネル８Ｕ及び下面パネル８Ｌをそれぞれ連結するためのファスナ１３の周辺においてスパークが発生するリスクが高くなる。

【0030】

そこで、左右の主翼３Ｌ、３Ｒの上面パネル７Ｕ及び下面パネル７Ｌ並びに中央翼６の上面パネル８Ｕ及び下面パネル８Ｌを構成する各複合材１２の少なくとも一部を導電性複合材２０で構成することができる。そして、第１のファスナ１３Ａや第２のファスナ１３Ｂ等のファスナ１３を挿入するための第１の貫通孔１４Ａや第２の貫通孔１４Ｂ等の貫通孔１４が形成される導電性複合材２０の部分の厚さを、導電性複合材２０の他の部分における厚さよりも厚くすることができる。

【0031】

具体例として、図３に例示されるように第１の複合材１２Ａ及び第２の複合材１２Ｂの少なくとも一部をそれぞれ導電性複合材２０で構成し、第１の貫通孔１４Ａ及び第２の貫通孔１４Ｂが形成される導電性複合材２０の部分の厚さを、導電性複合材２０の他の部分における厚さよりも厚くすることができる。すなわち、第１の複合材１２Ａと第２の複合材１２Ｂとを連結するための一対のブラケット１１間における導電性複合材２０の厚さを、他の部分における厚さよりも厚くすることができる。図３に示す例では、導電性複合材２０の厚さが、第１の貫通孔１４Ａや第２の貫通孔１４Ｂ等の貫通孔１４から離れた側から貫通孔１４に向かって徐々に厚くなっている。

【0032】

そうすると、主翼３Ｌ、３Ｒの上面パネル７Ｕ又は下面パネル７Ｌを雷電流が流れた場合において、雷電流を導電性複合材２０に誘導し、かつ第１のファスナ１３Ａや第２のファスナ１３Ｂ等のファスナ１３が挿入される第１の貫通孔１４Ａや第２の貫通孔１４Ｂ等の貫通孔１４周辺において雷電流の電流密度を小さくすることができる。より具体的には、雷電流をパネルの板厚方向に流すことができるため、パネルの表層及びファスナ１３の周辺部分への雷電流の集中を回避することができる。

【0033】

その結果、第１のファスナ１３Ａや第２のファスナ１３Ｂ等のファスナ１３と、第１の複合材１２Ａ及び第２の複合材１２Ｂとの間におけるスパークの発生リスクを低減することができる。具体的には、ファスナ１３と複合材１２との間における隙間やファスナ１３の頭と複合材１２との間においてスパークの発生を防止することができる。

【0034】

このように、ファスナ１３周辺において導電性複合材２０の板厚を厚くすればファスナ１３周辺におけるスパークの発生リスクを低減することができる。しかも、導電性複合材２０の板厚を厚くすれば第１の複合材１２Ａ及び第２の複合材１２Ｂ自体の厚さも厚くすることができる。このため、上述したように第１の複合材１２Ａ及び第２の複合材１２Ｂの端部に、局所的に大きな荷重に耐えるための強度を付与することができる。

【0035】

導電性複合材２０は、導電性樹脂を炭素繊維で強化したＣＦＲＰである。このため、導電性複合材２０を構成する樹脂と炭素の双方が雷電流の導体となる。導電性樹脂は、カーボンナノチューブ等の炭素を混合した樹脂、金属粉を混合した樹脂或いは導電性高分子を混合した樹脂等で構成することができる。

【0036】

但し、導電性複合材２０は高価である。このため、第１の複合材１２Ａ及び第２の複合材１２Ｂの一部をＣＦＲＰやＧＦＲＰ等の非導電性複合材２１で構成することが材料コストの低減に繋がる。実用的な例として、図３に例示されるように厚さが一定である板状の非導電性複合材２１に厚さが一定でない板状の導電性複合材２０を重ね合せて第１の複合材１２Ａ及び第２の複合材１２Ｂを構成することができる。これは、主翼３Ｌ、３Ｒの上面パネル７Ｕを構成する複合材１２と、中央翼６の上面パネル８Ｕを構成する複合材１２との連結部分についても同様である。

【0037】

より具体的な例として、パネルのＰａｄＵｐ部分を構成するプライのみに導電性複合材２０を使用する一方、ＰａｄＵｐ部分以外の部分を構成するプライについては非導電性複合材２１を使用した繊維強化樹脂層のハイブリッド積層体で各パネルを構成することができる。図３に示す例では、パネルの表層を形成するプライと、パネルの中心を形成するプライが非導電性複合材２１で構成されており、パネルの表層を形成するプライと、パネルの中心を形成するプライとの間に導電性複合材２０で構成されるプライを追加することによってＰａｄＵＰ部が形成されている。このため、高価な導電性複合材２０の使用量を低減できる。

【0038】

逆に、第１の複合材１２Ａや第２の複合材１２Ｂ等の複合材１２の全てを導電性複合材２０で構成しても良い。その場合には、雷電流を導電性複合材２０に誘導することが容易となり、ファスナ１３の周辺においてスパークの発生リスクを一層低減することができる。

【0039】

複合材１２に形成される貫通孔１４へのファスナ１３の挿入方法は、クリアランスフィット方式としても良いし、インターフェアレンスフィット方式としても良い。インターフェアレンスフィット方式はトランジションフィット方式とも呼ばれる。

【0040】

図４は図３等に示す複合材１２の貫通孔１４にファスナ１３をクリアランスフィット方式で挿入した例を示す縦断面図である。

【0041】

図４に例示されるようにクリアランスフィット方式は、ファスナ１３を複合材１２と接触させずに貫通孔１４に挿入する方式である。このため、貫通孔１４の内部においてファスナ１３と複合材１２との間に円筒状の隙間が形成される。

【0042】

通常は、ファスナ１３と複合材１２との間に絶縁体３０が配置され、ファスナ１３が絶縁される。具体的には、ファスナ１３に絶縁性シーラントを塗布した状態でファスナ１３が貫通孔１４に挿入される。或いは、円筒状の絶縁スリーブに挿入した状態で絶縁スリーブとともにファスナ１３が貫通孔１４に挿入される。また、複合材１２の貫通孔１４から突出するファスナ１３の頭３１とファスナ１３の先端３２に締付けられるドームナット３３等も必要に応じて絶縁キャップや絶縁塗料等の絶縁体３０で絶縁される。

【0043】

このため、ファスナ１３が導電性を有する場合であっても、ファスナ１３に雷電流が流れる可能性を低くすることができる。すなわち、ファスナ１３を介さない雷電流の経路が形成される確率を上げることができる。

【0044】

図４に例示されるようにクリアランスフィット方式でファスナ１３を締付ける場合には、ファスナ１３と複合材１２との間に隙間が生じるため、ファスナ１３と複合材１２との間における製造誤差の許容範囲を広げることができる。また、ファスナ１３を着脱した場合に複合材１２の損傷を回避することができる。

【0045】

尚、導電性複合材２０の電気抵抗を、ファスナ１３の電気抵抗よりも十分小さくすれば、雷電流はファスナ１３よりも導電性複合材２０を流れ易くなる。このため、ファスナ１３を絶縁するための絶縁体３０全体を省略するか或いは絶縁体３０を部分的に省略することもできる。その場合、ファスナ１３周辺におけるスパークの発生リスクを低減しつつ、複合材構造体９の製造コストを低減することができる。

【0046】

図５は図３等に示す複合材１２の貫通孔１４にファスナ１３をインターフェアレンスフィット方式で挿入した例を示す縦断面図である。

【0047】

図５に例示されるようにインターフェアレンスフィット方式は、ファスナ１３を複合材１２と接触させて貫通孔１４に挿入する方式である。このため、ファスナ１３が導電性を有する場合、ファスナ１３が導電性複合材２０と電気的に接続される。その結果、ファスナ１３は雷電流を通すための導体として使用される。

【0048】

尚、インターフェアレンスフィット方式でファスナ１３を締付ける場合においてもクリアランスフィット方式でファスナ１３を締付ける場合と同様に、複合材１２の貫通孔１４から突出するファスナ１３の頭３１とファスナ１３の先端３２に締付けられるドームナット３３等からスパークが生じないように必要に応じて絶縁キャップや絶縁塗料等の絶縁体３０で絶縁しても良い。

【0049】

インターフェアレンスフィット方式でファスナ１３を締付ける場合にはファスナ１３と複合材１２との間に隙間が生じないため、図４に例示されるようにクリアランスフィット方式でファスナ１３を締付ける場合に比べてスパークの発生リスクを一層低減することができる。このため、ファスナ１３の着脱が頻繁に行われない場合には、インターフェアレンスフィット方式のメリットを活かすことができる。

【0050】

図４に例示されるようなクリアランスフィット方式で図３に示す第２のファスナ１３Ｂを第２の複合材１２Ｂに締付ける場合には、主翼３Ｌの翼端から胴体２に向かって下面パネル７Ｌの表層から導電性複合材２０に流れ込む雷電流が、第２のファスナ１３Ｂを経由せずに導電性複合材２０の端部に到達することになる。

【0051】

一方、図５に例示されるようなインターフェアレンスフィット方式で図３に示す第２のファスナ１３Ｂを第２の複合材１２Ｂに締付ける場合には、主翼３Ｌの翼端から胴体２に向かって下面パネル７Ｌの表層から導電性複合材２０に流れ込む雷電流が、第２のファスナ１３Ｂを経由して導電性複合材２０の端部に到達することになる。

【0052】

このため、主翼３Ｌの下面パネル７Ｌを中央翼６の下面パネル８Ｌと連結するためのブラケット１１が金属等の導体であれば、雷電流はブラケット１１を経由して主翼３Ｌの下面パネル７Ｌを構成する導電性複合材２０から中央翼６の下面パネル８Ｌを構成する導電性複合材２０に流入することになる。すなわち、主翼３Ｌの翼端から流れてきた雷電流は、ブラケット１１を経由して中央翼６に流れ込む。

【0053】

これは、右側の主翼３Ｒの下面パネル７Ｌ又は左右の主翼３Ｌ、３Ｒの上面パネル７Ｕの翼端を入口として雷電流が流れ込む場合や、負極性の雷の着雷によってパネルの翼端から電子が流れ込む場合においても同様である。つまり、主翼３Ｌ、３Ｒの翼端に雷が着雷した場合、主翼３Ｌ、３Ｒを構成するパネルの表層から導電性複合材２０及びブラケット１１を経由して中央翼６の導電性複合材２０に流れ込む雷電流の経路が形成される。

【0054】

そこで、図１に例示されるように中央翼６の下面パネル８Ｌ及び上面パネル８Ｕをそれぞれ構成する導電性複合材２０を、胴体２を構成するパネルに沿って中央翼６から胴体２の先端及び後端の少なくとも一方まで敷設される導体４０と接続することができる。つまり、航空機１の中央翼６を構成する上面パネル８Ｕや下面パネル８Ｌ等のパネルの少なくとも一部を導電性複合材２０を含む第１の複合材１２Ａで構成する一方、航空機１の主翼３Ｌ、３Ｒを構成する上面パネル７Ｕや下面パネル７Ｌ等のパネルの少なくとも一部を導電性複合材２０を含む第２の複合材１２Ｂで構成し、中央翼６を構成するパネルの少なくとも一部を構成する導電性複合材２０を、端部が航空機１の機体先端及び機体後端の少なくとも一方に配置された導体４０と連結することができる。導体４０は雷電流を導く経路となれば金属に限らず、導電性複合材等の所望の材料で構成することができる。

【0055】

そうすると、図１に示すように主翼３Ｌ、３Ｒから中央翼６に流れ込んだ雷電流又は電子の流れを、航空機１の機体先端及び機体後端の少なくとも一方に導くことができる。そして、航空機１の機体先端及び機体後端となる胴体２の先端及び後端の少なくとも一方を雷電流又は電子の流れの出口として放電を発生させることができる。その結果、雷電流の流入を回避すべき客室や電子部品等への雷電流の流入を防止することができる。特に、雷電流又は電子の流れが胴体２の先端側及び後端側に向かって分岐すれば、電流密度を低減し、安全性を向上することができる。

【0056】

尚、図３に例示されるように中央翼６を構成する第１の複合材１２Ａと、主翼３Ｌ、３Ｒを構成する第２の複合材１２Ｂとの間に形成される空隙に導電性を有する接着剤４１を充填したり、或いは第１の複合材１２Ａと第２の複合材１２Ｂとを導体で連結するようにしても良い。導電性を有する接着剤４１は、金属、炭素又は導電性高分子を混合することによって製作することができる。

【0057】

そうすると、ブラケット１１以外の部分にも雷電流の経路を形成し、主翼３Ｌ、３Ｒの端部から流れ込む雷電流又は電子の流れを、より適切に中央翼６を構成する導電性複合材２０に導くことができる。

【0058】

尚、上述した例では、導電性複合材２０を中央翼６と主翼３Ｌ、３Ｒとの間における連結部分に用いる場合について説明したが、複合材１２の貫通孔１４に、当該複合材１２を他の部品と連結するためのファスナ１３を挿入する場合においても同様に導電性複合材２０を用いることができる。すなわち、複合材１２の貫通孔１４に挿入されるファスナ１３で複合材１２を他の部品と連結した複合材構造体９において、複合材１２の少なくとも一部を導電性複合材２０で構成し、貫通孔１４が形成される導電性複合材２０の部分の厚さを、導電性複合材２０の他の部分における厚さよりも厚くすることによって、雷電流を導電性複合材２０に誘導することができる。

【0059】

（効果）
以上の航空機１、複合材構造体９及び雷電流の誘導方法によれば、ファスナ１３周辺において雷電流を導電性複合材２０に誘導できるため、ファスナ１３周辺におけるスパークの発生リスクを低減できる。その結果、スパークが燃料に引火することも防止できる。

【0060】

また、クリアランスフィット方式でファスナ１３を取付ける場合には、ファスナ１３の絶縁処理を簡易にすることができる。例えば、ファスナ１３をキャップシールやスリーブで覆う作業を省略し、航空機１及び複合材構造体９の製造コストを低減することができる。

【0061】

（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９Ａを有する航空機１Ａの上面図であり、図７は図６に示す中央翼６の下面パネル８Ｌと主翼３Ｌの下面パネル７Ｌの連結部分における断面図である。

【0062】

図６及び図７に示された第２の実施形態における航空機１Ａ及び複合材構造体９Ａは、中央翼６を構成するパネルの一部と、主翼３Ｌ、３Ｒを構成するパネルの一部を共通の繊維強化層を積層して成る導電性複合材２０で構成した点と、左右の主翼３Ｌ、３Ｒを構成する導電性複合材２０同士を電気的に接続した点が第１の実施形態における航空機１及び複合材構造体９と相違する。第２の実施形態における航空機１Ａ及び複合材構造体９Ａ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航空機１及び複合材構造体９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。

【0063】

第２の実施形態における航空機１Ａ及び複合材構造体９Ａでは、第１の実施形態と同様に、航空機１の中央翼６を構成する上面パネル８Ｕや下面パネル８Ｌ等のパネルの少なくとも一部が導電性複合材２０を含む第１の複合材１２Ａで構成される一方、航空機１の左右の主翼３Ｌ、３Ｒを構成する上面パネル７Ｕや下面パネル７Ｌ等のパネルの少なくとも一部がそれぞれ導電性複合材２０を含む第２の複合材１２Ｂで構成される。

【0064】

そして、図７に例示されるように中央翼６の下面パネル８Ｌ等のパネルを構成する第１の複合材１２Ａの少なくとも一部と、主翼３Ｌ、３Ｒの下面パネル７Ｌ等のパネルを構成する第２の複合材１２Ｂの少なくとも一部が、共通の繊維強化層を積層して成る導電性複合材２０で構成される。このため、中央翼６のパネルと、主翼３Ｌ、３Ｒのパネルが、ブラケット１１のみならず、導電性複合材２０でも連結される。図７に示す例では、ＰａｄＵｐ部として非導電性複合材２１に積層される導電性複合材２０が中央翼６のパネルと、主翼３Ｌ、３Ｒのパネルとの間で共通となっている。

【0065】

そのため、主翼３Ｌ、３Ｒの翼端から中央翼６に向かう雷電流は、ブラケット１１のみならず導電性複合材２０を経由して中央翼６に流入する。また、第１の実施形態と同様に、中央翼６を構成する第１の複合材１２Ａと、主翼３Ｌ、３Ｒを構成する第２の複合材１２Ｂとの間に形成される空隙に導電性を有する接着剤４１を充填すれば、接着剤４１も雷電流の経路とすることができる。

【0066】

更に、図６に示すように、左右の主翼３Ｌ、３Ｒのパネルを構成する導電性複合材２０の間を、中央翼６のパネルの少なくとも一部を構成する導電性複合材２０を含む導体５０で連結することができる。導体５０は、導電性複合材２０のみで構成しても良いし、金属線を用いて構成しても良い。

【0067】

そうすると、左右の主翼３Ｌ、３Ｒの一方の翼端から中央翼６に流入した雷電流又は電子の流れを他方の主翼３Ｌ、３Ｒの翼端に誘導することができる。すなわち、左右の主翼３Ｌ、３Ｒの一方の翼端が着雷点となった場合、左右の主翼３Ｌ、３Ｒの他方の翼端から放電を発生させることができる。

【0068】

もちろん、第１の実施形態と同様に、中央翼６を構成するパネルの少なくとも一部を構成する導電性複合材２０を、端部が航空機１の機体先端及び機体後端の少なくとも一方に配置された導体４０と連結することによって、主翼３Ｌ、３Ｒから中央翼６に流れ込んだ雷電流又は電子の流れの一部を、航空機１の機体先端及び機体後端の少なくとも一方に導くようにしても良い。特に中央翼６を構成する各導電性複合材２０を、端部が航空機１の機体先端及び機体後端の少なくとも一方に配置された導体４０及び中央翼６を構成する導電性複合材２０間を接続する導体５０の双方と連結すれば、雷電流が分散する確率を上げることができる。

【0069】

（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。

【0070】

例えば、上述した各実施形態では、複合材構造体９、９Ａが航空機構造体である場合について説明したが、複合材構造体９、９Ａを自動車用の構造体やその他の構造体としても良い。

【符号の説明】

【0071】

１、１Ａ 航空機
２ 胴体
３Ｌ、３Ｒ 主翼
４Ｌ、４Ｒ 水平尾翼
５ 垂直尾翼
６ 中央翼
７Ｕ 主翼の上面パネル
７Ｌ 主翼の下面パネル
８Ｕ 中央翼の上面パネル
８Ｌ 中央翼の下面パネル
９、９Ａ 複合材構造体
１１ ブラケット
１２ 複合材
１２Ａ 第１の複合材
１２Ｂ 第２の複合材
１３ ファスナ
１３Ａ 第１のファスナ
１３Ｂ 第２のファスナ
１４ 貫通孔
１４Ａ 第１の貫通孔
１４Ｂ 第２の貫通孔
２０ 導電性複合材
２１ 非導電性複合材
３０ 絶縁体
３１ ファスナの頭
３２ ファスナの先端
３３ ドームナット
４０ 導体
４１ 接着剤
５０ 導体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】