(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-25
(45)【発行日】2022-12-05
(54)【発明の名称】複合材構造体及び複合材構造体の製造方法
(51)【国際特許分類】
B29C 70/10 20060101AFI20221128BHJP
B29C 70/30 20060101ALI20221128BHJP
【ＦＩ】
B29C70/10
B29C70/30
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2021116389
(22)【出願日】2021-07-14
【審査請求日】2022-02-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100112737
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 考晴
(74)【代理人】
【識別番号】100140914
【弁理士】
【氏名又は名称】三苫 貴織
(74)【代理人】
【識別番号】100136168
【弁理士】
【氏名又は名称】川上 美紀
(74)【代理人】
【識別番号】100172524
【弁理士】
【氏名又は名称】長田 大輔
(72)【発明者】
【氏名】寺坂 昭宏
【審査官】関口 貴夫
(56)【参考文献】
【文献】欧州特許出願公開第３５０１８０４（ＥＰ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／０００１５５３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０２０－２９０５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００７／１０２５７３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－１３６９６８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２９Ｃ ７０／００－７０／８８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
積層される複数の繊維強化シートを有し、湾曲部で湾曲する第１構造体と、積層される複数の繊維強化シートを有し、前記湾曲部と前記第１構造体に並んで配置される第２構造体との間に形成された隙間に設けられ、前記湾曲部に取り付けられるフィラーと、を備え、
前記第１構造体に含まれる複数の前記繊維強化シートは、繊維が延在する方向である繊維方向が第１方向である第１繊維強化シートを含む繊維方向が異なる複数の前記繊維強化シートを有し、
前記フィラーに含まれる複数の前記繊維強化シートは、前記第１繊維強化シートを含む繊維方向が異なる複数の前記繊維強化シートを有し、
前記第１構造体における全ての前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する前記第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率と、前記フィラーにおける全ての前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する前記第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率とが同等とされている複合材構造体。
【請求項2】
前記第１構造体に含まれる複数の前記繊維強化シートは、繊維方向が第２方向である第２繊維強化シートを有し、前記フィラーに含まれる複数の前記繊維強化シートは、前記第２繊維強化シートを有し、
前記第１構造体における全ての前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する前記第２繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率と、前記フィラーにおける全ての前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する前記第２繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率とが同等とされている請求項１に記載の複合材構造体。
【請求項3】
前記第１構造体における全ての前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する各繊維方向の前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率と、前記フィラーにおける全ての前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する各繊維方向の前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率とが、全ての繊維方向において同等とされている請求項１または請求項２に記載の複合材構造体。
【請求項4】
前記第１構造体と前記フィラーとは、各繊維方向の前記繊維強化シートの積層方向の順番が同一とされている請求項３に記載の複合材構造体。
【請求項5】
前記第１構造体と前記フィラーとは、繊維方向が異なる複数の前記繊維強化シートを積層した同一の積層体から形成されている請求項１から請求項４のいずれかに記載の複合材構造体。
【請求項6】
積層される複数の繊維強化シートを有し湾曲部で湾曲する第１構造体と、積層される複数の繊維強化シートを有し前記湾曲部と前記第１構造体に並んで配置される第２構造体との間に形成された隙間に設けられ前記湾曲部に取り付けられるフィラーと、を備える複合材構造体の製造方法であって、繊維が延在する方向である繊維方向が第１方向である第１繊維強化シートを含む繊維方向が異なる複数の前記繊維強化シートから前記第１構造体を製作する構造体製作工程と、
前記第１繊維強化シートを含む繊維方向が異なる複数の前記繊維強化シートから前記フィラーを製作するフィラー製作工程と、を備え、
前記構造体製作工程及び前記フィラー製作工程は、前記第１構造体における全ての前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する前記第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率と、前記フィラーにおける全ての前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する前記第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率とが同等となるように、前記第１構造体及び前記フィラーを製作する複合材構造体の製造方法。
【請求項7】
前記フィラー製作工程は、前記繊維強化シートを積層した積層体から切り出すことで前記フィラーを製作する請求項６に記載の複合材構造体の製造方法。
【請求項8】
前記フィラー製作工程は、前記フィラーの形状に応じた形状の前記繊維強化シートを積層することで前記フィラーを製作する請求項６に記載の複合材構造体の製造方法。
【請求項9】
前記第１構造体と前記フィラーとは、繊維方向が異なる複数の前記繊維強化シートを積層した同一の積層体から製作される請求項６に記載の複合材構造体の製造方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、複合材構造体及び複合材構造体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
航空機の胴体、主翼等の航空機部品は、例えば炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等の複合材が用いられる場合がある。航空機部品に用いられる複合材製の構造体として、湾曲する部品同士を接合し、湾曲部分同士の間に形成された隙間を、複合材で形成されたフィラーによって埋めたものが知られている（例えば、特許文献１）。
【0003】
複合材で形成されるフィラーは、例えば、型成形や引抜成形等によって形が付与される。型成形とは、所定の形状の型に対して、複合材料をローラー等で押し付けることで賦形する方法である。また、引抜成形とは、ローラー等で送り出した複合材料を、所定の形状の型に通すことで賦形する方法である。
賦形後のフィラーは、湾曲する構造体部品の所定の位置へ取り付けられる。その後、フィラーが取付けられた状態の構造体部品を、例えば、オートクレーブ等による加熱等で硬化させることで、フィラーと構造体部品とを接合する。
賦形後のフィラーは、湾曲する構造体部品の所定の位置へ取り付けられる。その後、フィラーが取付けられた状態の構造体部品を、例えば、オートクレーブ等による加熱等で硬化させることで、フィラーと構造体部品とを接合する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第６３６０６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
型成形や引抜成形等によって１枚の繊維強化シート（例えば、プリプレグ）を賦形することでフィラーを製造した場合、フィラーの繊維方向（繊維の長手方向）は、全体で同じ方向となる。具体的には、例えば、繊維方向が所定方向の繊維強化シートを賦形することでフィラーを形成した場合には、このフィラーは、全体において、繊維方向が所定方向となる。
【0006】
一方、構造体部品は、繊維強化シートを複数積層した積層体（以下、「チャージ」と称する。）を変形させることで湾曲部等が形成される。このチャージは、強度を向上させるために、繊維方向（繊維が延在する方向）が異なる複数の強化繊維シートを積層することで形成されている。
【0007】
繊維強化シートは、繊維方向に膨張し難く、繊維方向と交差する方向には膨張し易いとの特性を有している。このため、繊維強化シートは、方向によって熱膨張比率が異なる。したがって、繊維方向が所定方向のみの繊維強化シートで形成されたフィラーと、繊維方向が異なる複数の繊維強化シートを有する構造体部品とでは、各方向の熱膨張比率が異なる。具体的には、所定方向においてはフィラーの方が構造体部品よりも熱膨張比率が低くなり、所定方向と交差する方向においてはフィラーの方が構造体部品よりも熱膨張比率が高くなる。したがって、フィラーと構造体部品とを接合するために、フィラーを取り付けた複合材を加熱又は冷却した場合、熱膨張差によってフィラー及び構造体部品に熱応力が発生する。これにより、フィラー及び／又は構造体部品に亀裂が発生したり、フィラーや構造体部品に反りが発生することによって構造体部品からフィラーが剥離したりする可能性がある。フィラーや構造体部品に亀裂や剥離が発生すると、フィラーと構造体部品とを接合した複合材構造体の強度が低下する可能性があった。
【0008】
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、強度の低下を抑制することができる複合材構造体及び複合材構造体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に、本開示の複合材構造体及び複合材構造体の製造方法は以下の手段を採用する。
本開示の一態様に係る複合材構造体は、積層される複数の繊維強化シートを有し、湾曲部で湾曲する第１構造体と、積層される複数の繊維強化シートを有し、前記湾曲部と前記第１構造体に並んで配置される第２構造体との間に形成された隙間に設けられ、前記湾曲部に取り付けられるフィラーと、を備え、前記第１構造体に含まれる複数の前記繊維強化シートは、繊維が延在する方向である繊維方向が第１方向である第１繊維強化シートを含む繊維方向が異なる複数の前記繊維強化シートを有し、前記フィラーに含まれる複数の前記繊維強化シートは、前記第１繊維強化シートを含む繊維方向が異なる複数の前記繊維強化シートを有し、前記第１構造体における全ての前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する前記第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率と、前記フィラーにおける全ての前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する前記第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率とが同等とされている。
本開示の一態様に係る複合材構造体は、積層される複数の繊維強化シートを有し、湾曲部で湾曲する第１構造体と、積層される複数の繊維強化シートを有し、前記湾曲部と前記第１構造体に並んで配置される第２構造体との間に形成された隙間に設けられ、前記湾曲部に取り付けられるフィラーと、を備え、前記第１構造体に含まれる複数の前記繊維強化シートは、繊維が延在する方向である繊維方向が第１方向である第１繊維強化シートを含む繊維方向が異なる複数の前記繊維強化シートを有し、前記フィラーに含まれる複数の前記繊維強化シートは、前記第１繊維強化シートを含む繊維方向が異なる複数の前記繊維強化シートを有し、前記第１構造体における全ての前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する前記第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率と、前記フィラーにおける全ての前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する前記第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率とが同等とされている。
【0010】
また、本開示の一態様に係る複合材構造体の製造方法は、積層される複数の繊維強化シートを有し湾曲部で湾曲する第１構造体と、積層される複数の繊維強化シートを有し前記湾曲部と前記第１構造体に並んで配置される第２構造体との間に形成された隙間に設けられ前記湾曲部に取り付けられるフィラーと、を備える複合材構造体の製造方法であって、繊維が延在する方向である繊維方向が第１方向である第１繊維強化シートを含む繊維方向が異なる複数の前記繊維強化シートから前記第１構造体を製作する構造体製作工程と、前記第１繊維強化シートを含む繊維方向が異なる複数の前記繊維強化シートから前記フィラーを製作するフィラー製作工程と、を備え、前記構造体製作工程及び前記フィラー製作工程は、前記第１構造体における全ての前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する前記第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率と、前記フィラーにおける全ての前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する前記第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率とが同等となるように、前記第１構造体及び前記フィラーを製作する。
【発明の効果】
【0011】
本開示によれば、複合材構造体の強度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本開示の実施形態に係る複合材構造体を示す側面図である。
【図2】本開示の実施形態に係る複合材構造体に用いられる構造体部品の斜視図である。
【図3】本開示の実施形態に係る複合材構造体に用いられるフィラーの斜視図である。
【図4】本開示の実施形態に係る構造体部品に用いられる複数の繊維強化シートを示す斜視図である。
【図5】本開示の実施形態に係るフィラーを製造する方法を示す図である。
【図6】本開示の実施形態の変形例に係るフィラーを製造する方法を示す図である。
【図7】本開示の実施形態に係る複合材構造体を製造する方法を示す図である。
【図8】本開示の実施形態の変形例に係る複合材構造体を製造する方法を示す図である。
【図9】本開示の実施形態の変形例に係る複合材構造体を製造する方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下に、本開示に係る複合材構造体及び複合材構造体の製造方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図面及び以下の説明では、フィラーの長手方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向と直交する方向のうちの一方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向及びＹ軸方向と直交する方向をＺ軸方向とする。
図面及び以下の説明では、フィラーの長手方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向と直交する方向のうちの一方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向及びＹ軸方向と直交する方向をＺ軸方向とする。
【0014】
本実施形態に係る複合材構造体１０は、図１に示すように、複合材で形成された第１構造体部品（第１構造体）１１と、複合材で形成され第１構造体部品１１と接合する第２構造体部品（第２構造体）１２と、複合材で形成され第１構造体部品１１と第２構造体部品１２との間に形成された隙間に設けられるフィラー１３と、を備えている。複合材構造体１０は、例えば、航空機構造体を構成する航空機部品であるストリンガ、スパー、フレーム、リブ等に用いられる。
【0015】
第１構造体部品１１と第２構造体部品１２とは、同様の構造とされている。また、第１構造体部品１１と第２構造体部品１２とは、フィラー１３のＹ軸方向の中心を通過する基準面Ｂを基準として対称となるように並んで配置される。以下では、代表として主に第１構造体部品１１の構造及び製造方法を説明し、第２構造体部品１２の構造及び製造方法の詳細な説明は適宜省略する。
【0016】
第１構造体部品１１は、繊維が延在する方向（以下、「繊維方向」と称する。）が異なる複数の繊維強化シート２０（図４参照）を積層することで構成されている。すなわち、第１構造体部品１１は、繊維方向が異なる複数の繊維強化シート２０を有している。繊維強化シート２０は、所定方向に延在する複数の繊維に樹脂が含浸している。繊維強化シート２０の例として、例えば、プリプレグが挙げられる。繊維強化シート２０は、熱可塑性であってもよく、熱硬化性であってもよい。
【0017】
第１構造体部品１１は、図１及び図２に示すように、Ｘ軸方向に直交する断面で切断した際の断面形状が略Ｌ状とされている。第１構造体部品１１は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に延在する板状の接合部１４と、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に延在する板状の平板部１５と、接合部１４と平板部１５とを接続する湾曲部１６と、を有している。
接合部１４は、図１に示すように、外周面が第２構造体部品１２の接合部１７の外周面と接合されている。
湾曲部１６は、接合部１４のＺ軸方向の端部と、平板部１５のＹ軸方向の端部とを接続している。湾曲部１６は、Ｘ軸方向に直交する断面で切断した際の断面形状が略９０度の円弧状とされている。湾曲部１６の外周面（半径方向外側の面）は、第２構造体部品１２の湾曲部１９の外周面と対向するように配置されている。湾曲部１６の外周面と第２構造体部品１２の湾曲部１９の外周面とは、離間している。
接合部１４は、図１に示すように、外周面が第２構造体部品１２の接合部１７の外周面と接合されている。
湾曲部１６は、接合部１４のＺ軸方向の端部と、平板部１５のＹ軸方向の端部とを接続している。湾曲部１６は、Ｘ軸方向に直交する断面で切断した際の断面形状が略９０度の円弧状とされている。湾曲部１６の外周面（半径方向外側の面）は、第２構造体部品１２の湾曲部１９の外周面と対向するように配置されている。湾曲部１６の外周面と第２構造体部品１２の湾曲部１９の外周面とは、離間している。
【0018】
フィラー１３は、繊維方向が異なる複数の繊維強化シート２０を有している（図６参照）。繊維強化シート２０を複数積層することで構成されている。フィラー１３は、図１に示すように、第１構造体部品１１の湾曲部１６の外周面と第２構造体部品１２の湾曲部１９の外周面との間に形成される隙間に設けられている。フィラー１３は、図３に示すように、Ｘ軸方向に延在する部材である。フィラー１３は、Ｘ軸方向に直交する断面で切断した際の断面形状が略三角形状とされている。詳細には、斜辺に対応する面が湾曲部１６及び湾曲部１９に応じて凹むように湾曲している。以下、凹むように湾曲する面を湾曲面１３ａと称する。フィラー１３の２つの湾曲面１３ａは、各々、湾曲部１６の外周面及び湾曲部１９の外周面に接合している。
【0019】
複合材構造体１０を製造する方法について説明する。
まず、第１構造体部品１１を製作する。第１構造体部品１１の製作に用いるチャージ３０Ａを作成する方法について図４を用いて説明する。図４は、チャージ３０Ａを構成する複数の繊維強化シート２０を分解した斜視図である。チャージ３０Ａは、繊維方向が異なる複数の繊維強化シート２０を積層することで構成されている。
まず、第１構造体部品１１を製作する。第１構造体部品１１の製作に用いるチャージ３０Ａを作成する方法について図４を用いて説明する。図４は、チャージ３０Ａを構成する複数の繊維強化シート２０を分解した斜視図である。チャージ３０Ａは、繊維方向が異なる複数の繊維強化シート２０を積層することで構成されている。
【0020】
複数の繊維強化シート２０は、繊維方向がＸ軸方向（第１方向）である第１繊維強化シート２０ａと、繊維方向がＹ軸方向（第２方向）である第２繊維強化シート２０ｂと、繊維方向がＸ軸方向と４５度の角度を為す方向である第３繊維強化シート２０ｃと、繊維方向がＸ軸方向と４５度の角度を為す方向（第３繊維強化シート２０ｃの繊維方向とは異なる方向）である第４繊維強化シート２０ｄと、を有している。これらの複数の繊維強化シート２０をＺ軸方向に積層することで平板または平板に近い形状のチャージ３０を製作する。詳細には、本実施形態では、一例として、図４に示すように、Ｚ軸方向の下端から、第１繊維強化シート２０ａ，第２繊維強化シート２０ｂ，第４繊維強化シート２０ｄ，第３繊維強化シート２０ｃ，第２繊維強化シート２０ｂ，第１繊維強化シート２０ａの順番で積層している。
【0021】
チャージ３０Ａを製作すると、次に、チャージ３０Ａに対して曲げ加工を施す。このとき、図２に示すように、曲げ線ＬがＸ軸方向に沿うように曲げ加工を施す。また、接合部１４と平板部１５とが略９０度を為すように、曲げ加工を施す。
【0022】
このようにして、第１構造体部品１１を製作する（構造体製作工程）。
次に、第２構造体部品１２を第１構造体部品１１と同様の方法で製作する。
次に、第２構造体部品１２を第１構造体部品１１と同様の方法で製作する。
【0023】
次に、フィラー１３を製作する。フィラー１３の製作に用いるチャージ３０Ｂ（図５参照）を作成する方法について説明する。チャージ３０Ｂは、第１構造体部品１１の製作に用いるチャージ３０Ａと同様に、繊維方向が異なる複数の繊維強化シート２０を積層することで構成されている。
また、チャージ３０Ｂと、チャージ３０Ａとは同一の構造をしている。すなわち、チャージ３０Ｂも、チャージ３０Ａと同様に、Ｚ軸方向の下端から、第１繊維強化シート２０ａ，第２繊維強化シート２０ｂ，第４繊維強化シート２０ｄ，第３繊維強化シート２０ｃ，第２繊維強化シート２０ｂ，第１繊維強化シート２０ａの順番で積層することで平板または平板に近い形状とされている。
また、チャージ３０Ｂと、チャージ３０Ａとは同一の構造をしている。すなわち、チャージ３０Ｂも、チャージ３０Ａと同様に、Ｚ軸方向の下端から、第１繊維強化シート２０ａ，第２繊維強化シート２０ｂ，第４繊維強化シート２０ｄ，第３繊維強化シート２０ｃ，第２繊維強化シート２０ｂ，第１繊維強化シート２０ａの順番で積層することで平板または平板に近い形状とされている。
【0024】
チャージ３０Ｂを製作すると、次に、図５の矢印で示すように、チャージ３０Ｂからフィラー１３を切り出す。このようにして、フィラー１３を製作する（フィラー製作工程）。このようにフィラー１３をチャージ３０Ｂから切り出すことで、容易にフィラー１３を製作することができる。
【0025】
このように、本実施形態では、全ての繊維強化シート２０に対する第１繊維強化シート２０ａの枚数の比率（以下、「枚数積層比率」と称する。）が、第１構造体部品１１とフィラー１３とで同一とされている。また、同様に、第２繊維強化シート２０ｂ、第３繊維強化シート２０ｃ及び第４繊維強化シート２０ｄの枚数積層比率も、各々、第１構造体部品１１とフィラー１３とで同一とされている。
【0026】
本実施形態では、第１構造体部品１１に含まれる各繊維強化シート２０（第１繊維強化シート２０ａ、第２繊維強化シート２０ｂ、第３繊維強化シート２０ｃ及び第４繊維強化シート２０ｄ）のＺ軸方向の長さ（厚さ）と、フィラー１３に含まれる各繊維強化シート２０のＺ軸方向の長さ（厚さ）とは、各々、同一である。したがって、枚数積層比率が同一である本実施形態では、第１構造体部品１１における全ての繊維強化シート２０のＺ軸方向の長さの合計値に対する各繊維強化シート２０のＺ軸方向の長さの合計値の比率と、フィラー１３における全ての繊維強化シート２０のＺ軸方向の長さの合計値に対する各繊維強化シート２０のＺ軸方向の長さの合計値の比率と、が同等となる。
第１構造体部品１１における全ての繊維強化シートのＺ軸方向の長さの合計値とは、換言すれば、チャージ３０Ａ（図４参照）のＺ軸方向の長さ（厚さ）である。同様に、フィラー１３における全ての繊維強化シート２０のＺ軸方向の長さの合計値とは、換言すれば、チャージ３０Ｂ（図５参照）のＺ軸方向の長さ（厚さ）である。また、各繊維強化シート２０のＺ軸方向の長さの合計値とは、換言すれば、各繊維強化シート２０のＺ軸方向の長さに、チャージ３０Ａ又はチャージ３０Ｂに含まれる各繊維強化シート２０の枚数を乗じた値である。すなわち、例えば、チャージ３０Ａに第１繊維強化シート２０ａが２枚含まれている場合には、第１繊維強化シート２０ａのＺ軸方向の長さの合計値とは、第１繊維強化シート２０ａのＺ軸方向の長さ×２となる。
なお、以下の説明において、第１構造体部品１１又はフィラー１３における全ての繊維強化シート２０のＺ軸方向の長さの合計値に対する各繊維強化シート２０のＺ軸方向の長さの合計値の比率のことを、単に「積層比率」と称する。
第１構造体部品１１における全ての繊維強化シートのＺ軸方向の長さの合計値とは、換言すれば、チャージ３０Ａ（図４参照）のＺ軸方向の長さ（厚さ）である。同様に、フィラー１３における全ての繊維強化シート２０のＺ軸方向の長さの合計値とは、換言すれば、チャージ３０Ｂ（図５参照）のＺ軸方向の長さ（厚さ）である。また、各繊維強化シート２０のＺ軸方向の長さの合計値とは、換言すれば、各繊維強化シート２０のＺ軸方向の長さに、チャージ３０Ａ又はチャージ３０Ｂに含まれる各繊維強化シート２０の枚数を乗じた値である。すなわち、例えば、チャージ３０Ａに第１繊維強化シート２０ａが２枚含まれている場合には、第１繊維強化シート２０ａのＺ軸方向の長さの合計値とは、第１繊維強化シート２０ａのＺ軸方向の長さ×２となる。
なお、以下の説明において、第１構造体部品１１又はフィラー１３における全ての繊維強化シート２０のＺ軸方向の長さの合計値に対する各繊維強化シート２０のＺ軸方向の長さの合計値の比率のことを、単に「積層比率」と称する。
【0027】
また、本実施形態では、第１繊維強化シート２０ａ、第２繊維強化シート２０ｂ、第３繊維強化シート２０ｃ及び第４繊維強化シート２０ｄを積層する順番も、第１構造体部品１１とフィラー１３とで同一とされている。
【0028】
次に、図１に示すように、第１構造体部品１１の接合部１４と第２構造体部品１２の接合部１７とを固定する。次に、第１構造体部品１１及び第２構造体部品１２にフィラー１３を取り付ける。詳細には、第１構造体部品１１の湾曲部１６及び第２構造体部品１２の湾曲部１９にフィラー１３を取り付け、湾曲部１６と湾曲部１９との間に形成される隙間をフィラー１３で埋める。
【0029】
次に、第１構造体部品１１、第２構造体部品１２及びフィラー１３を硬化させることで第１構造体部品１１、第２構造体部品１２及びフィラー１３を接合する。第１構造体部品１１、第２構造体部品１２及びフィラー１３を硬化させる方法は、特に限定されない。例えば、オートクレーブ等による加熱によって硬化させる。
このようにして、複合材構造体１０を製造する。
このようにして、複合材構造体１０を製造する。
【0030】
なお、フィラー１３を製作する方法は、上述の方法に限定されない。例えば、図６に示すように、Ｙ軸方向の長さが異なる繊維強化シート２０をＺ軸方向に積層することでフィラー１３を製作してもよい。すなわち、Ｚ軸方向の上端から、Ｙ軸方向の長さが徐々に長くなるように、第１繊維強化シート２０ａ、第２繊維強化シート２０ｂ、第３繊維強化シート２０ｃ及び第４繊維強化シート２０ｄを加工し、これらを積層することでフィラー１３を製作してもよい。なお、この場合にも、各繊維強化シートの積層比率及び積層する順番は、第１構造体部品１１の積層比率及び順番と同一とされる。
【0031】
このとき、全ての繊維強化シート２０に対する第１繊維強化シート２０ａの積層比率が、後述するフィラー１３における第１繊維強化シート２０ａの積層比率と同一又は同等とされている。また、同様に、第２繊維強化シート２０ｂ、第３繊維強化シート２０ｃ及び第４繊維強化シート２０ｄの積層比率も、各々、フィラー１３における第２繊維強化シート２０ｂ、第３繊維強化シート２０ｃ及び第４繊維強化シート２０ｄの積層比率と同一又は同等とされている。
このようにフィラー１３を製作することで、フィラー１３を製作する際に、無駄となる繊維強化シート２０の量を低減することができる。
このようにフィラー１３を製作することで、フィラー１３を製作する際に、無駄となる繊維強化シート２０の量を低減することができる。
【0032】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
繊維強化シート２０は繊維方向には膨張し難く、繊維方向と交差する方向には膨張し易い。
本実施形態では、全ての繊維方向の繊維強化シート２０（本実施形態では、第１繊維強化シート２０ａ、第２繊維強化シート２０ｂ、第３繊維強化シート２０ｃ及び第４繊維強化シート２０ｄの４種類の繊維強化シート２０）の積層比率が、第１構造体部品１１とフィラー１３とで同一とされている。また、第２構造体部品１２においても、同様に、積層比率がフィラー１３と同一とされている。
これにより、全ての繊維方向において、第１構造体部品１１，第２構造体部品１２及びフィラー１３の熱膨張比率が同等となる。したがって、第１構造体部品１１及び第２構造体部品１２にフィラー１３を取り付けた状態で、第１構造体部品１１、第２構造体部品１２及びフィラー１３を加熱又は冷却した際に、第１構造体部品１１、第２構造体部品１２及びフィラー１３に亀裂や剥離がより生じ難い。よって、複合材構造体１０の強度の低下を抑制することができる。
繊維強化シート２０は繊維方向には膨張し難く、繊維方向と交差する方向には膨張し易い。
本実施形態では、全ての繊維方向の繊維強化シート２０（本実施形態では、第１繊維強化シート２０ａ、第２繊維強化シート２０ｂ、第３繊維強化シート２０ｃ及び第４繊維強化シート２０ｄの４種類の繊維強化シート２０）の積層比率が、第１構造体部品１１とフィラー１３とで同一とされている。また、第２構造体部品１２においても、同様に、積層比率がフィラー１３と同一とされている。
これにより、全ての繊維方向において、第１構造体部品１１，第２構造体部品１２及びフィラー１３の熱膨張比率が同等となる。したがって、第１構造体部品１１及び第２構造体部品１２にフィラー１３を取り付けた状態で、第１構造体部品１１、第２構造体部品１２及びフィラー１３を加熱又は冷却した際に、第１構造体部品１１、第２構造体部品１２及びフィラー１３に亀裂や剥離がより生じ難い。よって、複合材構造体１０の強度の低下を抑制することができる。
【0033】
また、本実施形態では、第１構造体部品１１，第２構造体部品１２及びフィラー１３において、全ての繊維方向の繊維強化シート２０の積層順番が同一とされている。これにより、第１構造体部品１１，第２構造体部品１２及びフィラー１３は、積層方向においても熱膨張比率が同等となる。したがって、第１構造体部品１１、第２構造体部品１２及びフィラー１３に亀裂や剥離がより生じ難い。よって、複合材構造体１０の強度の低下をより抑制することができる。
【0034】
なお、本開示は、上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、図１及び図７に示すように、断面形状がＬ状の第１構造体部品１１の湾曲部１６にフィラー１３を設ける例について説明したが、フィラー１３を設ける構造体部品の形状はこれに限定されない。例えば、図８に示すように、断面形状がＺ状の構造部品１１１の湾曲部１１６にフィラー１３を設けてもよい。また、図９に示すように、断面形状がハット形状の構造部品２１１の湾曲部２１６にフィラー１３を設けてもよい。
例えば、上記実施形態では、図１及び図７に示すように、断面形状がＬ状の第１構造体部品１１の湾曲部１６にフィラー１３を設ける例について説明したが、フィラー１３を設ける構造体部品の形状はこれに限定されない。例えば、図８に示すように、断面形状がＺ状の構造部品１１１の湾曲部１１６にフィラー１３を設けてもよい。また、図９に示すように、断面形状がハット形状の構造部品２１１の湾曲部２１６にフィラー１３を設けてもよい。
【0035】
また、上記実施形態では、第１構造体部品１１とフィラー１３との積層比率を同一とする例について説明したが、本開示はこれに限定されない。積層比率は、同等であればよい。同等の比率とは、同一の比率はもちろん、第１構造体部品１１とフィラー１３との熱膨張差によって複合材構造体１０が破損しない程度の比率の相違を含んでいる。
【0036】
また、上記実施形態では、第１繊維強化シート２０ａ、第２繊維強化シート２０ｂ、第３繊維強化シート２０ｃ及び第４繊維強化シート２０ｄの全ての積層比率が、第１構造体部品１１とフィラー１３とで同一とされる例について説明したが、本開示はこれに限定されない。何れか１種類の繊維強化シート２０の積層比率を同一又は同等とするだけでもよい。
【0037】
また、上記実施形態では、第１構造体部品１１とフィラー１３とで、第１繊維強化シート２０ａ、第２繊維強化シート２０ｂ、第３繊維強化シート２０ｃ及び第４繊維強化シート２０ｄの積層する順番を同一とする例について説明したが、本開示はこれに限定されない。積層する順番は、同等であればよい。同等の順番とは、同一の順番はもちろん、第１構造体部品１１とフィラー１３との熱膨張差によって複合材構造体１０が破損しない程度の順番の相違を含んでいる。
【0038】
また、上記実施形態では、第１構造体部品１１を製作するチャージ３０Ａと、フィラー１３を製作するチャージ３０Ｂとを別々に製作する例について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、第１構造体部品１１とフィラー１３とは同一のチャージから製作してもよい。この場合には、まず、上述のチャージ３０Ａ，３０Ｂと同様に、繊維方向の異なる複数の繊維強化シート２０を積層することで平板状のチャージを作成する。次に、作成したチャージを、第１構造体部品１１を製作するチャージ３０Ａとフィラー１３を製作するチャージ３０Ｂとに分割する。その後に、上述の説明と同様に、分割した各チャージ３０Ａ，３０Ｂから第１構造体部品１１及びフィラー１３を製作する。
このようにすることで、積層比率及び順番を同一とした積層体を２つ形成し、各積層体から第１構造体部品１１及びフィラー１３を製作する場合と比較して、簡易に第１構造体部品１１及びフィラー１３の積層比率及び順番を同一とすることができる。
このようにすることで、積層比率及び順番を同一とした積層体を２つ形成し、各積層体から第１構造体部品１１及びフィラー１３を製作する場合と比較して、簡易に第１構造体部品１１及びフィラー１３の積層比率及び順番を同一とすることができる。
【0039】
以上説明した実施形態に記載の複合材構造体及び複合材構造体の製造方法は、例えば以下のように把握される。
本開示の一態様に係る複合材構造体は、積層される複数の繊維強化シート（２０）を有し、湾曲部（１６）で湾曲する第１構造体（１１）と、積層される複数の繊維強化シート（２０）を有し、前記湾曲部と前記第１構造体に並んで配置される第２構造体（１２）との間に形成された隙間に設けられ、前記湾曲部に取り付けられるフィラー（１３）と、を備え、前記第１構造体に含まれる複数の前記繊維強化シートは、繊維が延在する方向である繊維方向が第１方向（Ｘ軸方向）である第１繊維強化シート（２０ａ）を含む繊維方向が異なる複数の前記繊維強化シートを有し、前記フィラーに含まれる複数の前記繊維強化シートは、前記第１繊維強化シートを含む繊維方向が異なる複数の前記繊維強化シートを有し、前記第１構造体における全ての前記繊維強化シートの積層方向（Ｚ軸方向）の長さの合計値に対する前記第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率と、前記フィラーにおける全ての前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する前記第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率とが同等とされている。
本開示の一態様に係る複合材構造体は、積層される複数の繊維強化シート（２０）を有し、湾曲部（１６）で湾曲する第１構造体（１１）と、積層される複数の繊維強化シート（２０）を有し、前記湾曲部と前記第１構造体に並んで配置される第２構造体（１２）との間に形成された隙間に設けられ、前記湾曲部に取り付けられるフィラー（１３）と、を備え、前記第１構造体に含まれる複数の前記繊維強化シートは、繊維が延在する方向である繊維方向が第１方向（Ｘ軸方向）である第１繊維強化シート（２０ａ）を含む繊維方向が異なる複数の前記繊維強化シートを有し、前記フィラーに含まれる複数の前記繊維強化シートは、前記第１繊維強化シートを含む繊維方向が異なる複数の前記繊維強化シートを有し、前記第１構造体における全ての前記繊維強化シートの積層方向（Ｚ軸方向）の長さの合計値に対する前記第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率と、前記フィラーにおける全ての前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する前記第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率とが同等とされている。
【0040】
繊維強化シートは繊維方向には膨張し難く、繊維方向と交差する方向には膨張し易い。
上記構成では、第１構造体における全ての繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率と、フィラーにおける全ての繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率とが同等とされている。これにより、少なくとも第１繊維強化シートの繊維方向である第１方向において、第１構造体とフィラーとの熱膨張比率が同等となる。したがって、第１構造体にフィラーを取り付けた状態で、第１構造体及びフィラーを加熱又は冷却した際に、第１構造体及びフィラーに亀裂や剥離が生じ難い。よって、複合材構造体の強度の低下を抑制することができる。また、亀裂や剥離が生じ難いので、複合材構造体の形状を安定させることができる。
なお、同等の比率とは、同一の比率はもちろん、第１構造体とフィラーとの熱膨張差によって複合材構造体が破損しない程度の比率の相違を含んでいる。
また、例えば、第１構造体における全ての繊維強化シートに対する第１繊維強化シートの枚数の比率と、フィラーにおける全ての繊維強化シートに対する第１繊維強化シートの枚数の比率とを同等としてもよい。このように、枚数の比率を同等とすることで、積層方向の長さの合計値の比率を容易に同等とすることができる。
上記構成では、第１構造体における全ての繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率と、フィラーにおける全ての繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率とが同等とされている。これにより、少なくとも第１繊維強化シートの繊維方向である第１方向において、第１構造体とフィラーとの熱膨張比率が同等となる。したがって、第１構造体にフィラーを取り付けた状態で、第１構造体及びフィラーを加熱又は冷却した際に、第１構造体及びフィラーに亀裂や剥離が生じ難い。よって、複合材構造体の強度の低下を抑制することができる。また、亀裂や剥離が生じ難いので、複合材構造体の形状を安定させることができる。
なお、同等の比率とは、同一の比率はもちろん、第１構造体とフィラーとの熱膨張差によって複合材構造体が破損しない程度の比率の相違を含んでいる。
また、例えば、第１構造体における全ての繊維強化シートに対する第１繊維強化シートの枚数の比率と、フィラーにおける全ての繊維強化シートに対する第１繊維強化シートの枚数の比率とを同等としてもよい。このように、枚数の比率を同等とすることで、積層方向の長さの合計値の比率を容易に同等とすることができる。
【0041】
また、本開示の一態様に係る複合材構造体は、前記第１構造体に含まれる複数の前記繊維強化シートは、繊維方向が第２方向（Ｙ軸方向）である第２繊維強化シート（２０ｂ）を有し、前記フィラーに含まれる複数の前記繊維強化シートは、前記第２繊維強化シートを有し、前記第１構造体における全ての前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する前記第２繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率と、前記フィラーにおける全ての前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する前記第２繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率とが同等とされている。
【0042】
上記構成では、第１構造体における全ての繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する第２繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率と、フィラーにおける全ての繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する第２繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率とが同等とされている。これにより、第２方向においても、第１構造体とフィラーとの熱膨張比率が同等となる。したがって、第１構造体にフィラーを取り付けた状態で、第１構造体及びフィラーを加熱又は冷却した際に、第１構造体及びフィラーに亀裂や剥離がより生じ難い。よって、複合材構造体の強度の低下をより抑制することができる。
【0043】
また、本開示の一態様に係る複合材構造体は、前記第１構造体における全ての前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する各繊維方向の前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率と、前記フィラーにおける全ての前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する各繊維方向の前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率とが、全ての繊維方向において同等とされている。
【0044】
上記構成では、全ての繊維方向において、第１構造体とフィラーとの熱膨張比率が同等となる。したがって、第１構造体にフィラーを取り付けた状態で、第１構造体及びフィラーを加熱又は冷却した際に、第１構造体及びフィラーに亀裂や剥離がより生じ難い。よって、複合材構造体の強度の低下をより抑制することができる。
【0045】
また、本開示の一態様に係る複合材構造体は、前記第１構造体と前記フィラーとは、各繊維方向の前記繊維強化シートの積層方向の順番が同一とされている。
【0046】
上記構成では、積層方向においても熱膨張比率が同等となる。したがって、第１構造体にフィラーを取り付けた状態で、第１構造体及びフィラーを加熱又は冷却した際に、第１構造体及びフィラーに亀裂や剥離がより生じ難い。よって、複合材構造体の強度の低下をより抑制することができる。
【0047】
また、本開示の一態様に係る複合材構造体は、前記第１構造体と前記フィラーとは、繊維方向が異なる複数の前記繊維強化シートを積層した同一の積層体から形成されている。
【0048】
上記構成では、第１構造体とフィラーとは、繊維方向が異なる複数の繊維強化シートを積層した同一の積層体から形成される。これにより、第１構造体とフィラーとが、全ての繊維強化シートに対する各繊維方向の繊維強化シートの比率（以下、「積層比率」と称する。）が全ての繊維方向において同一となる。また、第１構造体とフィラーとが、各繊維方向の繊維強化シートの積層する順番も同一となる。したがって、第１構造体にフィラーを取り付けた状態で、第１構造体及びフィラーを加熱又は冷却した際に、第１構造体及びフィラーに亀裂や剥離がより生じ難い。よって、複合材構造体の強度の低下をより抑制することができる。
また、同一の積層体から第１構造体及びフィラーを形成しているので、積層比率及び順番を同一とした積層体を２つ形成し、各積層体から第１構造体及びフィラーを形成する場合と比較して、簡易に第１構造体及びフィラーの積層比率及び順番を同一とすることができる。
また、同一の積層体から第１構造体及びフィラーを形成しているので、積層比率及び順番を同一とした積層体を２つ形成し、各積層体から第１構造体及びフィラーを形成する場合と比較して、簡易に第１構造体及びフィラーの積層比率及び順番を同一とすることができる。
【0049】
本開示の一態様に係る複合材構造体の製造方法は、積層される複数の繊維強化シート（２０）を有し湾曲部（１６）で湾曲する第１構造体（１１）と、積層される複数の繊維強化シート（２０）を有し前記湾曲部と前記第１構造体に並んで配置される第２構造体（１２）との間に形成された隙間に設けられ前記湾曲部に取り付けられるフィラー（１３）と、を備える複合材構造体（１０）の製造方法であって、繊維が延在する方向である繊維方向が第１方向（Ｘ軸方向）である第１繊維強化シート（２０ａ）を含む繊維方向が異なる複数の前記繊維強化シートから前記第１構造体を製作する構造体製作工程と、前記第１繊維強化シートを含む繊維方向が異なる複数の前記繊維強化シートから前記フィラーを製作するフィラー製作工程と、を備え、前記構造体製作工程及び前記フィラー製作工程は、前記第１構造体における全ての前記繊維強化シートの積層方向（Ｚ方向）の長さの合計値に対する前記第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率と、前記フィラーにおける全ての前記繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する前記第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率とが同等となるように、前記第１構造体及び前記フィラーを製作する。
【0050】
また、本開示の一態様に係る複合材構造体の製造方法は、前記フィラー製作工程は、前記繊維強化シートを積層した積層体（３０Ｂ）から切り出すことで前記フィラーを製作する。
【0051】
また、本開示の一態様に係る複合材構造体の製造方法は、前記フィラー製作工程は、前記フィラーの形状に応じた形状の前記繊維強化シートを積層することで前記フィラーを製作する。
【0052】
また、本開示の一態様に係る複合材構造体の製造方法は、前記第１構造体と前記フィラーとは、繊維方向が異なる複数の前記繊維強化シートを積層した同一の積層体から製作される。
【符号の説明】
【0053】
１０ ：複合材構造体
１１ ：第１構造体部品（第１構造体）
１２ ：第２構造体部品（第２構造体）
１３ ：フィラー
１３ａ ：湾曲面
１４ ：接合部
１５ ：平板部
１６ ：湾曲部
１７ ：接合部
１９ ：湾曲部
２０ ：繊維強化シート
２０ａ ：第１繊維強化シート
２０ｂ ：第２繊維強化シート
２０ｃ ：第３繊維強化シート
２０ｄ ：第４繊維強化シート
３０ ：チャージ
３０Ａ ：チャージ
３０Ｂ ：チャージ（積層体）
１１１ ：構造部品
１１６ ：湾曲部
２１１ ：構造部品
２１６ ：湾曲部
１１ ：第１構造体部品（第１構造体）
１２ ：第２構造体部品（第２構造体）
１３ ：フィラー
１３ａ ：湾曲面
１４ ：接合部
１５ ：平板部
１６ ：湾曲部
１７ ：接合部
１９ ：湾曲部
２０ ：繊維強化シート
２０ａ ：第１繊維強化シート
２０ｂ ：第２繊維強化シート
２０ｃ ：第３繊維強化シート
２０ｄ ：第４繊維強化シート
３０ ：チャージ
３０Ａ ：チャージ
３０Ｂ ：チャージ（積層体）
１１１ ：構造部品
１１６ ：湾曲部
２１１ ：構造部品
２１６ ：湾曲部
【要約】
【課題】複合材構造体の強度の低下を抑制することを目的とする。
【解決手段】複合材構造体１０は、湾曲部１６で湾曲する第１構造体部品１１と、湾曲部１６と第２構造体部品１２との隙間に設けられ、湾曲部１６に取り付けられるフィラー１３と、を備えている。第１構造体部品に含まれる複数の繊維強化シートは、繊維が延在する方向である繊維方向がＸ軸方向である第１繊維強化シートを含む繊維方向が異なる複数の繊維強化シートを有している。フィラー１３に含まれる複数の繊維強化シートは、第１繊維強化シートを含む繊維方向が異なる複数の繊維強化シートを有している。第１構造体部品１１における全ての繊維強化シートのＺ方向の長さの合計値に対する第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率と、フィラー１３における全ての繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率とが同等とされている。
【選択図】図１
【解決手段】複合材構造体１０は、湾曲部１６で湾曲する第１構造体部品１１と、湾曲部１６と第２構造体部品１２との隙間に設けられ、湾曲部１６に取り付けられるフィラー１３と、を備えている。第１構造体部品に含まれる複数の繊維強化シートは、繊維が延在する方向である繊維方向がＸ軸方向である第１繊維強化シートを含む繊維方向が異なる複数の繊維強化シートを有している。フィラー１３に含まれる複数の繊維強化シートは、第１繊維強化シートを含む繊維方向が異なる複数の繊維強化シートを有している。第１構造体部品１１における全ての繊維強化シートのＺ方向の長さの合計値に対する第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率と、フィラー１３における全ての繊維強化シートの積層方向の長さの合計値に対する第１繊維強化シートの積層方向の長さの合計値の比率とが同等とされている。
【選択図】図１
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
