复合材料构造
【专利摘要】复合材料构造(10)具备第一面板(1、2)和与第一面板(1、2)接合的波纹夹芯(3)。波纹夹芯(3)具有至少一个开口(4)。
【专利说明】
复合材料构造
技术领域
[0001]本发明涉及复合材料构造。
【背景技术】
[0002]由将纤维(例如，碳纤维和玻璃纤维)与树脂(例如，环氧树脂、酚醛树脂)组合而成的复合材料形成的结构体即复合材料构造应用于以航空器为首的各种工业产品中。复合材料构造重量轻且刚性高，还具有通过一体成形而能够削减零件数量和组装工时这一优点，近年来，其应用范围日益扩大。
[0003]在像航空器的结构体那样需要耐受剪切力和轴向力的构造的情况下，会采用分别制造承受剪切力的零件(例如，外板)和承受轴向力的零件(例如，纵梁)并在后续工序中将其结合这种方法。例如在专利文献1(美国专利第6，702，911号)中公开了这样的方法。然而，根据发明人的研究，在专利文献I所公开的构造中，没能充分发挥削减零件数量和组装工时这一复合材料构造的优点。
[0004]需要说明的是，作为能够与本申请相关联的技术，专利文献2(美国专利第5，469，686号)公开了一种复合结构桁架要素，该复合构造桁架要素具备第一层、在第一层之上排列配置的多个管状部件以及设置于该多个管状部件之上的第二层，第一层、多个管状部件以及第二层作为单一构造一体成形(integrally formed as a unitary structure) 0
[0005]另外，专利文献3(美国专利第7,625,618号)公开了具备两个表皮层(skin)和夹在这两个表皮层之间的大致矩形截面的多个管状部件(hat sect1ns)的复合材料构造体。
[0006]此外，专利文献4(美国专利申请公开第2013/0020438号)公开了具备多个桁架要素(truss elements)和盖的复合材料框架。该桁架要素彼此柔软地结合，并且与盖相结合。该框架沿着要结合的所希望的表面弯曲，一旦与该表面结合，则能提供所需的刚性。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:美国专利第6，702，911号
[0010]专利文献2:美国专利第5，469，686号
[0011]专利文献3:美国专利第7，625，618号
[0012]专利文献4:美国专利申请公开第2013/0020438号
【发明内容】
[0013]因而，本发明的目的在于，提供一种具有充分的刚性并且削减了零件数量的复合材料构造。
[0014]在本发明的一个观点中，复合材料构造具备第一面板和与第一面板相接合的波纹夹芯。波纹夹芯具有至少一个开口。
[0015]在一个实施方式中，该复合材料构造还具备与第一面板相对的第二面板，波纹夹芯接合于第一面板和第二面板之间。
[0016]优选的是，通过在波纹夹芯上形成多个开口而在波纹夹芯上形成桁架构造。
[0017]在一个实施方式中，波纹夹芯可以具备:第一接合部，其与第一面板接合，并且在沿着第一面板的第一方向上延伸；第二接合部，其与第二面板接合，并且在第一方向上延伸；以及连结部，其连结于第一接合部与第二接合部之间，并且在第一方向上延伸。在该情况下，波纹夹芯也可以具有如下形状，即，由第二接合部、连结部以及第一面板围成的第一空间在第一方向上延伸，由第一接合部、连结部以及第二面板围成的第二空间在该第一方向上延伸，并且，第一空间和第二空间在与第一方向不同的沿着第一面板的第二方向上交替排列配置。在该情况下，该至少一个开口可以设置于连结部。另外，在一个实施方式中，第一接合部、第二接合部以及连结部也可以以使波纹夹芯在第二方向上形成周期构造的方式反复排列配置。需要说明的是，波纹夹芯的形状，即第一接合部、第二接合部以及连结部的形状并非一定限定于在第二方向上形成周期构造的形状，波纹夹芯的构造也可以根据复合材料构造的位置而不同。
[0018]在该情况下，可以构成为，在波纹夹芯上形成多个开口，由此，波纹夹芯具备:第一基部，其与第一接合部连结，并且在第一方向上延伸;第二基部，其与第二接合部连结，并且在第一方向上延伸;第一斜柱部，其相对于第一方向倾斜地延伸而连结第一基部与第二基部；以及第二斜柱部，其相对于第一方向倾斜地延伸而连结第一基部与第二基部。在这里，第一斜柱部与第二基部连结的位置相对于第一斜柱部与第一基部连结的位置在第一方向上错开，第二斜柱部与第一基部连结的位置相对于第二斜柱部与第二基部连结的位置在该第一方向上错开。
[0019]另外，在另一实施方式中，开口既可以为圆形，也可以为长圆形。
[0020]另外，在该复合材料构造具备第一面板和第二面板的情况下，也可以将该复合材料构造作为在第一面板与第二面板之间保持液体的液体舱使用。
[0021]发明的效果
[0022]根据本发明，能够提供一种具有充分的刚性并且削减了零件数量的复合材料构造。
【附图说明】
[0023]图1是表示本发明的第一实施方式的复合材料构造的结构的立体图。
[0024]图2是表示第一实施方式的复合材料构造的结构的侧视图。
[0025]图3是表示第一实施方式的复合材料构造的变形例的立体图。
[0026]图4是表示图3的变形例中的复合材料构造的结构的侧视图。
[0027]图5是表示本发明的第二实施方式的复合材料构造的结构的立体图。
[0028]图6是表示第二实施方式的复合材料构造的结构的侧视图。
[0029]图7是表示第二实施方式的复合材料构造的变形例的立体图。
[0030]图8是表示图7的变形例中的复合材料构造的结构的侧视图。
[0031]图9A是表示为了高效传递剪切负荷而优选的波纹夹芯的构造的一例的侧视图。
[0032]图9B是表示为了高效传递剪切负荷而优选的波纹夹芯的构造的另一例的侧视图。
[0033]图9C是表示为了高效传递剪切负荷而优选的波纹夹芯的构造的又一例的侧视图。
[0034]图9D是表示为了高效传递剪切负荷而优选的波纹夹芯的构造的又一例的侧视图。
[0035]图1OA是表示为了高效传递板厚方向负荷而优选的波纹夹芯的构造的一例的侧视图。
[0036]图1OB是表示为了高效传递板厚方向负荷而优选的波纹夹芯的构造的另一例的侧视图。
[0037]图1OC是表示为了高效传递板厚方向负荷而优选的波纹夹芯的构造的又一例的侧视图。
[0038]图11是表示为了高效传递轴向负荷而优选的波纹夹芯的构造的一例的侧视图。
[0039]图12是表示第一实施方式的复合材料构造的制造方法的一例的示意图。
[0040]图13是表示第一实施方式的复合材料构造的制造方法的另一例的示意图。
[0041]图14是表示第一实施方式的复合材料构造的制造方法的又一例的示意图。
【具体实施方式】
[0042]在本发明的实施方式中，作为复合材料构造，采用具备面板(faceplate)和波纹夹芯的波纹构造。通过采用波纹构造，能够以少的零件数量来实现高强度的结构体，能够有效活用复合材料构造的优点。
[0043]另一方面，在采用了波纹构造作为复合材料构造的情况下，由于刚性过高，因此制造工序中的可成形性(shapab i I i t y)会降低。可成形性的降低在例如将复合材料构造应用于航空器的外表面等那样的复杂的曲面上有可能成为问题。
[0044]为了应对可成形性降低的问题，在以下所述的实施方式中，使用设置有至少一个开口的波纹夹芯。通过在波纹夹芯上设置开口，能够对刚性进行适度调整，应对可成形性降低的问题。以下，对本发明的实施方式详细地进行说明。
[0045]图1是表示本发明的第一实施方式的复合材料构造10的结构的立体图，图2是表示复合材料构造10的结构的侧视图。在以下说明中，有时使用XYZ正交坐标系。即，在以下说明中，X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向是彼此垂直的方向。
[0046]如图1所图示，复合材料构造10具备面板1、2和波纹夹芯3。面板1、2和波纹夹芯3均由复合材料(即，将纤维(例如，碳纤维、玻璃纤维)和树脂(例如，环氧树脂、酚醛树脂)组合而成的材料)构成。面板1、2设置为彼此相对，波纹夹芯3接合于面板1、2之间。即，在波纹夹芯3的一个主面接合有面板I，在与这一主面相对的另一主面接合有面板2。需要说明的是，在本实施方式中所提到的“接合”是包含将分别形成的部件通过粘结之外的其他方法进行接合、以及通过作为单一结构体一体形成而进行接合这两方面的概念，在这一点需要留意。
[0047]详细地说，如图2所图示，波纹夹芯3具有:与面板I接合的接合部11、与面板2接合的接合部12、以及连结接合部11、12连结的连结部13。在图2的复合材料构造1中，连结部13以相对于面板1、2的内侧表面la、2a倾斜的方式与接合部11、12连结。但是，连结部13也可以以相对于面板1、2的内侧表面la、2a垂直的方式与接合部11、12接合。接合部11、12以及连结部13均设置为在Y轴方向(沿着面板1、2的第一方向)上延伸。接合部11、12和连结部13在X轴方向(沿着面板1、2且与上述第一方向不同的第二方向)上反复配置。在复合材料构造10的内部，形成有由波纹夹芯3的接合部12、连结部13以及面板I的内侧表面Ia围成的空间14和由波纹夹芯3的接合部11、连结部13以及面板2的内侧表面2a围成的空间15。如图1所图示，波纹夹芯3具有空间14、15在Y轴方向上延伸、且在X轴方向上交替排列配置的构造。这样的构造，能够以少的零件数量实现高强度的结构体，并且能够有效活用复合材料构造的优点。
[0048]在一个实施方式中，接合部11、12和连结部13反复排列配置而使波纹夹芯3在X轴方向上形成周期构造。需要说明的是，波纹夹芯3的形状、即接合部11、12和连结部13的形状并不限于在X轴方向上形成周期构造，波纹夹芯3的构造也可以根据复合材料构造10的位置而不同。
[0049]再次参照图1，在波纹夹芯3上设置有多个开口4。该多个开口4在各个连结部13中在Y轴方向上排列配置。在本实施方式中，通过在波纹夹芯3设置开口4，对复合材料构造10的刚性进行了恰当的调节。这对于提高制造工序中的可成形性而言是有益的。
[0050]在波纹夹芯3设置有开口4的本实施方式的复合材料构造10还具有其他各种优点。首先，本实施方式的复合材料构造10具有能够通过对构成面板1、2、波纹夹芯3的复合材料的厚度和纤维的层叠方法(层叠角度)、以及开口 4的形状进行适当的设计来自如地设定复合材料构造10的强度、刚性这一优点。而且，在波纹夹芯3设置开口4，有助于减轻复合材料构造10的质量。此外，本实施方式的复合材料构造10中，能够经由开口 4接触到复合材料构造10的各位置，能够提高复合材料构造10的各部分的检查的容易性。
[0051]而且，在波纹夹芯3设置有开口4的构造，在复合材料构造10的内部(即面板1、2之间的空间)保持有液体时，液体能够经由开口 4而流通。通过活用这样的特性，本实施方式的复合材料构造1可以作为在面板1、2之间的空间内保持液体(例如燃料)的液体舱、例如燃料舱使用。
[0052]在图1的构造中，开口4形成为在波纹夹芯3形成桁架构造的形状。这样的构造在复合材料构造10的内部能够高效地传递剪切负荷，对于抗剪切负荷而言是有效的。但是，开口4的形状可以根据其目的而做出各种变更。对于开口4优选的形状，将在后面详细论述。
[0053]需要说明的是，在图1、图2中，图示了复合材料构造10具有平坦的面板1、2的构造，即面板1、2的外侧表面lb、2b为平面的构造，但面板1、2的外侧表面lb、2b也可以如图3、图4所图示那样为曲面。如上所述，本实施方式的复合材料构造10中，通过在波纹夹芯3设置开口 4使可成形性得以提高，因此尤其适用于面板1、2的外侧表面lb、2b为复杂的曲面的情况。
[0054]另外，在图1、图2中，图示了开口4仅设置于波纹夹芯3的连结部13的构造(即开口4仅设置于波纹夹芯3的与面板I分开的部分的构造)，但开口 4可以设置于波纹夹芯3的任意位置(包括接合部11、12)，在这一点需要留意。
[0055]图5、图6是表示第二实施方式的复合材料构造的图。详细地说，图5是表示该另一实施方式中的复合材料构造1A的结构的立体图，图6是表示复合材料构造1A的结构的侧视图。如图5、图6所图示，复合材料构造1A具有从图1、图2的复合材料构造1中去掉面板2的结构。在该情况下，波纹夹芯3的接合部12不与面板2接合，而作为连结相邻的连结部13的部分发挥功能。在复合材料构造1A的内部，形成由波纹夹芯3的接合部12、连结部13以及面板I的内侧表面Ia围成的空间14，该空间14在Y轴方向上延伸。在波纹夹芯3上设置有开口 4。图5、图6所图示的复合材料构造1A与图1、图2所图示的复合材料构造10相比，强度虽然降低，但在以少的零件数量实现高强度的结构体、并能够有效活用复合材料构造的优点这一方面是相同的。
[0056]需要说明的是，在图5、图6中，虽然也图示了开口4仅设置于连结部13的构造，但开口 4可以设置于波纹夹芯3的任意位置(包括接合部11、12)，在这一点需要留意。
[0057]另外，图5、图6表示了面板I的外侧表面Ib(与波纹夹芯3相反的表面)为平面的情况下的构造，但面板I的外侧表面Ib也可以如图7、图8所图示那样为曲面。
[0058]接着，对上述的实施方式的复合材料构造10、1A的波纹夹芯3的优选的构造、即设置于波纹夹芯3的开口4的优选的形状进行说明。如以下所论述那样，希望考虑复合材料构造10、10A所要求的强度、刚性来设计开口 4的形状。
[0059]图9A?图9D是表示为了在复合材料构造10、1A的内部高效传递剪切负荷而优选的波纹夹芯3的构造(即设置于波纹夹芯3的开口 4的形状)的侧视图。需要说明的是，图9A?图9D表示了沿着图2的箭头A的方向观察波纹夹芯3的连结部13的情况下的构造。在图9A?图9D中，没有图示Z轴方向，而是图示了与Y轴方向垂直且沿着连结部13的方向即Z’轴方向，图9A?图9D中的上下方向为Z’轴方向，在这一点需要留意。
[0060]为了高效传递剪切负荷，优选在连结部13形成桁架构造(以三角形的构造为基本单位，由该基本单位的集合体构成的构造)。图9A表示形成有桁架构造的连结部13的构造的一例。在图9A的构造中，在波纹夹芯3的连结部13上，开口 4沿Y轴方向上排列设置。位于两端的开口 4以外的开口 4形成为圆角的大致等腰三角形，位于两端的开口 4形成为圆角的直角三角形。在这里，对于位于两端的开口 4以外的开口 4，具有与接合部11相对的侧面17的开口4和具有与接合部12相对的侧面18的开口 4交替排列配置。
[0061]通过设置这种形状的开口 4，在连结部13形成了基部21、22、斜柱部23、24以及柱部25。基部21设置为与接合部11连结，沿着接合部11在Y轴方向上延伸。另外，基部22设置为与接合部12连结，沿着接合部12在Y轴方向上延伸。如上所述，接合部11是与面板I接合的部分，接合部12(在设有面板2的情况下)是与面板2接合的部分。
[0062]斜柱部23、24相对于基部21、22倾斜(即相对于Y轴方向倾斜)地延伸，而将基部21、22连结起来。在这里，斜柱部23以与基部22连结的一端的Y轴方向的位置从与基部21连结的一端向+Y方向错开的方式与基部21、22连结，斜柱部24以与基部21连结的一端的Y轴方向的位置从与基部22连结的一端向+Y方向错开的方式与基部21、22连结。另外，柱部25从基部21、22的端部相对于基部21、22垂直地延伸，将基部21、22连结起来。
[0063]在上述连结部13的构造中，通过设置相对于基部21、22倾斜地延伸而连结基部21、22的斜柱部23、24，能够在复合材料构造10、1A的内部高效传递剪切负荷。这样的连结部13的构造，在减轻复合材料构造10、1A的重量的同时，对于支承作用于复合材料构造10、1A的剪切负荷而言也是有效的。
[0064]图9B是表示用于在复合材料构造10、1A的内部高效传递剪切负荷的波纹夹芯3的连结部13的构造的另一例的侧视图。在图9B的构造中，在连结部13上，开口4在Y轴方向上排列设置。但是，在图9B的构造中，位于两端的开口4以外的开口4形成为圆角的大致直角梯形，位于两端的开口 4形成为圆角的直角三角形。在这里，对于位于两端的开口 4以外的开口4，与接合部11相对的侧面17的Y轴方向的长度比与接合部12相对的侧面18的Y轴方向的长度长的开口 4、和与接合部11相对的侧面17的Y轴方向的长度比与接合部12相对的侧面18的Y轴方向的长度短的开口 4交替排列配置。
[0065]通过设置这种形状的开口 4，在连结部13形成基部21、22、斜柱部23、24以及柱部25、26。基部21设置为与接合部11连结，沿着接合部11在Y轴方向上延伸。另外，基部22设置为与接合部12连结，沿着接合部12在Y轴方向上延伸。
[0066]斜柱部23、24相对于基部21、22倾斜(即相对于Y轴方向倾斜)地延伸而将基部21、22连结起来。在这里，斜柱部23以与基部22连结的一端的Y轴方向的位置从与基部21连结的一端向+Y方向错开的方式与基部21、22连结，斜柱部24以与基部21连结的一端的Y轴方向的位置从与基部22连结的一端向+Y方向错开的方式与基部21、22连结。柱部25从基部21、22的端部相对于基部21、22垂直地延伸，将基部21、22连结起来。另外，各柱部26设置在相邻的斜柱部23、24之间的位置，与基部21、22垂直地延伸而将基部21、22连结起来。
[0067]在上述连结部13的构造中，通过设置相对于基部21、22倾斜地延伸而将基部21、22连结起来的斜柱部23、24，能够在复合材料构造10、10A的内部高效传递剪切负荷。这样的连结部13的构造，在减轻复合材料构造10、1A的重量的同时，对于支承作用于复合材料构造10、1A的剪切负荷而言也是有效的。另外，在图9B的构造中，通过设置与基部21、22垂直地延伸而将基部21、22连结起来的柱部26，使相对于板厚方向负荷(作用于板厚方向(Z轴方向)的负荷)的强度得以提高。
[0068]图9C是表示用于在复合材料构造10、1A的内部高效传递剪切负荷的波纹夹芯3的连结部13的构造的又一例的侧视图。在图9C的构造中，在连结部13上，开口 4在Y轴方向上排列设置，由此，在连结部13形成有桁架构造。但是，在图9C的构造中，各开口 4形成为圆角的大致直角三角形。
[0069]通过设置这种形状的开口 4，在连结部13形成基部21、22、斜柱部23、24以及柱部25、26。基部21设置为与接合部11连结，沿着接合部11在Y轴方向上延伸。另外，基部22设置为与接合部12连结，沿着接合部12在Y轴方向上延伸。
[0070]斜柱部23、24相对于基部21、22倾斜(即相对于Y轴方向倾斜)地延伸而将基部21、22连结起来。在这里，斜柱部23以与基部22连结的一端的Y轴方向的位置从与基部21连结的一端向+Y方向错开的方式与基部21、22连结，斜柱部24以与基部21连结的一端的Y轴方向的位置从与基部22连结的一端向+Y方向错开的方式与基部21、22连结。在图9C的构造中，与斜柱部23、24分离的图9B的构造不同，斜柱部23、24相接触地设置。柱部25从基部21、22的端部相对于基部21、22垂直地延伸而将基部21、22连结起来。另外，各柱部26设置为，其一端与斜柱部23、24相接触的位置连结，另一端与基部21或22连结。柱部26与基部21、22垂直地延伸而将基部21、22连结起来。
[0071]在上述连结部13的构造中，通过设置相对于基部21、22倾斜地延伸而将基部21、22连结起来的斜柱部23、24，能够在复合材料构造10、10A的内部高效传递剪切负荷。这样的连结部13的构造，在减轻复合材料构造10、1A的重量的同时，对于支承作用于复合材料构造10、1A的剪切负荷而言也是有效的。另外，在图9C的构造中，通过设置与基部21、22垂直地延伸而将基部21、22连结起来的柱部26，使相对于板厚方向负荷(作用于板厚方向(Z轴方向)的负荷)的强度得以提高。
[0072]图9D是表示用于在复合材料构造10、1A的内部高效传递剪切负荷的波纹夹芯3的连结部13的构造的又一例的侧视图。在图9D的构造中，在连结部13上，开口4在Y轴方向上排列设置。但是，在图9D的构造中，在连结部13上设置4种开口4a?4d，由此，在连结部13形成桁架构造。详细地说，开口 4a具有圆角的大致菱形的形状。开口 4b具有圆角的大致等腰三角形的形状，并且具有与接合部11相对的侧面17。另一方面，开口 4c具有圆角的大致等腰三角形的形状，并具有与接合部12相对的侧面18。一对开口 4b、4c在与Y轴方向垂直的方向上排列配置。开口 4d具有圆角的大致等腰三角形的形状，并且位于开口 4的列的两端。
[0073]通过设置这种形状的开口 4，在连结部13形成基部21、22、斜柱部23、24以及柱部25。基部21设置为与接合部11连结，沿着接合部11在Y轴方向上延伸。另外，基部22设置为与接合部12连结，沿着接合部12在Y轴方向上延伸。
[0074]斜柱部23、24相对于基部21、22倾斜(即相对于Y轴方向倾斜)地延伸而将基部21、22连结起来。在这里，斜柱部23以与基部22连结的一端的Y轴方向的位置从与基部21连结的一端向+Y方向错开的方式与基部21、22连结，斜柱部24以与基部21连结的一端的Y轴方向的位置从与基部22连结的一端向+Y方向错开的方式与基部21、22连结。在图9D的构造中，斜柱部23、24设置为彼此交叉，斜柱部23、24在其中央结合。柱部25从基部21、22的端部相对于基部21、22垂直地延伸而将基部21、22连结起来。
[0075]在图9D所图示的连结部13的构造中，通过设置相对于基部21、22倾斜地延伸而将基部21、22连结起来的斜柱部23、24，能够在复合材料构造10、1A的内部高效传递剪切负荷。这样的连结部13的构造，在减轻复合材料构造10、1A的重量的同时，对于支承作用于复合材料构造10、1A的剪切负荷而言也是有效的。
[0076]图1OA?图1OC是表示为了在复合材料构造10、1A的内部高效传递板厚方向负荷(即作用于板厚方向(Z轴方向)的负荷)而优选的波纹夹芯3的构造(即在波纹夹芯3上设置的开口 4的形状)的侧视图。需要说明的是，图1OA?图1OC表示沿着图2的箭头A的方向观察波纹夹芯3的连结部13的情况下的构造。在图1OA?图1OC中，没有图示Z轴方向，而是图示了Z’轴方向(与Y轴方向垂直且沿着连结部13的方向)。图1OA?图1OC中的上下方向为Z，轴方向，在这一点需要留意。
[0077]图1OA是表示用于在复合材料构造10、1A的内部高效传递剪切负荷的波纹夹芯3的连结部13的构造的一例的侧视图。在图1OA的构造中，在连结部13上，大致矩形的开口4在Y轴方向上排列设置。利用这种形状的开口 4，在连结部13形成基部21、22和柱部25、26。基部21设置为与接合部11连结，沿着接合部11在Y轴方向上延伸。另外，基部22设置为与接合部12连结，沿着接合部12在Y轴方向上延伸。柱部25、26相对于基部21、22垂直地延伸而将基部21、22连结起来。在这里，柱部25与基部21、22的端部连结，柱部26在基部21、22的中间的位置处与基部21、22连结。
[0078]在图1OA的构造中，通过设置与基部21、22垂直地延伸而将基部21、22连结起来的柱部25、26，能够在复合材料构造10、10A的内部高效传递板厚方向负荷。这样的连结部13的构造，在减轻复合材料构造10、1A的重量的同时，对于支承作用于复合材料构造10、1A的板厚方向负荷而言也是有效的。
[0079]图1OB是表示用于在复合材料构造10、1A的内部高效传递剪切负荷的波纹夹芯3的连结部13的构造的另一例的侧视图。在图1O B的构造中，在连结部13上，圆形的开口 4在Y轴方向上排列设置。通过设置这种形状的开口 4，在连结部13形成基部21、22和柱部27。基部21设置为与接合部11连结，沿着接合部11在Y轴方向上延伸。另外，基部22设置为与接合部12连结，沿着接合部12在Y轴方向上延伸。柱部27相对于基部21、22垂直地延伸而将基部21、22连结起来。
[0080]在图1OB的构造中，通过设置与基部21、22垂直地延伸而将基部21、22连结起来的柱部27，能够在复合材料构造10、10A的内部高效传递板厚方向负荷。这样的连结部13的构造，在减少了复合材料构造10，1A的重量的同时，对于支承作用于复合材料构造10、1A的板厚方向负荷而言也是有效的。另外，在图1OB的构造中，由于开口4为圆形，因此应力难以集中于开口 4的附近，能够使复合材料构造10、10A的强度提高。
[0081]图1OC是表示用于在复合材料构造10、1A的内部高效传递剪切负荷的波纹夹芯3的连结部13的构造的另一例的侧视图。在图1OC的构造中，在连结部13上，在与Y轴方向垂直的方向上较长的长圆形(oval)的开口 4在Y轴方向上排列设置。本说明书中的“长圆形”这一用语，以包含利用2条平行的线段将2个半圆形结合而构成的图形和椭圆(ellipse)这两者的含义来使用。通过设置这种形状的开口 4，在连结部13形成基部21、22和柱部27。基部21设置为与接合部11连结，沿着接合部11在Y轴方向上延伸。另外，基部22设置为与接合部12连结，沿着接合部12在Y轴方向上延伸。柱部27相对于基部21、22垂直地延伸而将基部21、22连结起来。
[0082]在图1OC的构造中，通过设置与基部21、22垂直地延伸而将基部21、22连结起来的柱部27，能够在复合材料构造10、10A的内部高效传递板厚方向负荷。这样的连结部13的构造，在减轻复合材料构造10、1A的重量的同时，对于支承作用于复合材料构造10、1A的板厚方向负荷而言也是有效的。另外，在图1OC的构造中，由于开口4为长圆形，因此应力难以集中于开口 4的附近，能够使复合材料构造10、10A的强度提高。
[0083]图11是表示为了在复合材料构造10、10A的内部高效传递轴向负荷(即在作用于Y轴方向的负荷)而优选的波纹夹芯3的构造(即在波纹夹芯3设置的开口 4的形状)的侧视图。需要说明的是，图11表示沿着图2的箭头A的方向观察波纹夹芯3的连结部13的情况下的构造。在图11中，没有图示Z轴方向，而是图示了Z’轴方向(与Y轴方向垂直且沿着连结部13的方向)。图11中的上下方向为Z’轴方向，在这一点需要留意。
[0084]在图11的构造中，在连结部13上，大致矩形的开口4呈矩阵(即在Y轴方向和Z ’轴方向上排列)配置。通过设置这种形状的开口 4，在连结部13形成基部21、22、柱部25、26以及梁部28。基部21设置为与接合部11连结，沿着接合部11在Y轴方向上延伸。另外，基部22设置为与接合部12连结，沿着接合部12在Y轴方向上延伸。柱部25、26相对于基部21、22垂直地延伸而将基部21、22连结起来。在这里，柱部25与基部21、22的端部连结，柱部26在基部21、22的中间的位置与基部21、22连结。梁部28在复合材料构造10、1A的轴向(S卩Y轴方向)上延伸而将相邻的柱部25、26连结起来。
[0085]在图11的构造中，通过设置在复合材料构造10、10A的轴向(S卩Y轴方向)上延伸而将相邻的柱部25、26连结起来的梁部28，能够在复合材料构造10、1A的内部高效传递轴向负荷。这样的连结部13的构造，在减轻复合材料构造10、1A的重量的同时，对于支承作用于复合材料构造1、1A的轴向负荷而言也是有效的。
[0086]接着，对本实施方式的复合材料构造10、10A的制造方法进行说明。对于上述各种复合材料构造10、1A，面板1、2和波纹夹芯3能够通过多种方法来制造。面板I和波纹夹芯3既可以一体地成形，也可以在将面板I和波纹夹芯3作为独立部件制作出来之后而将其接合。同样，面板2和波纹夹芯3既可以一体地成形，也可以在将面板2和波纹夹芯3作为独立部件制作出来之后而将其接合。另外，面板1、2和波纹夹芯3也可以全部一体地成形。
[0087]在一个实施方式中，最终会成为面板1、2和波纹夹芯3的中间生成物(intermediate product)分别由片状的或者带状的预浸材料制作，制作出的中间生成物可以通过共固化(co-cure)、共结合(co-bond)或者二次粘接来进行接合。
[0088]图12是表示使用片状的预浸材料来制造复合材料构造10的制造方法的一例的示意图。在平坦的模芯31上层叠片状的预浸材料32，形成层叠体33(图12(a))。如在后面所描述那样，层叠体33是通过后续工序而在波纹夹芯3形成的中间生成物。决定层叠的预浸材料32的数量、各预浸材料32的纤维方向，以使得最终形成的波纹夹芯3具有合适的强度、刚性。
[0089]接着，通过冲裁(punching)、切削(cutting)，在层叠体33上形成开口 4(图12(b))。[°09°]接着，通过冲压(pressing)、立体裁切(draping)，使层叠体33成形为最终要成形的波纹夹芯3的形状(图12(c))。此时，层叠体33未固化。
[0091]接着，进行将通过其他途径成形的面板1、2和波纹夹芯3接合的工序来完成复合材料构造10的制造(图12(d))。面板1、2与波纹夹芯3的接合可以通过各种方法进行。
[0092]面板1、2和波纹夹芯3可以通过共固化(co-cure)来进行接合。在该情况下，最终会成为面板1、2的未固化的部件34、35通过层叠预浸材料而形成，通过使层叠体33和部件34、35—起固化，完成面板1、2与波纹夹芯3接合而成的复合材料构造10。
[0093]另外，面板1、2和波纹夹芯3也可以通过共结合(co-bond)来进行接合。在该情况下，使层叠体33固化而形成波纹夹芯3，另一方面，最终会成为面板1、2的未固化的部件34、35通过层叠预浸材料而形成。在固化后的波纹夹芯3经由粘着材料与未固化的部件34、35抵接的状态下进行固化，由此，完成面板1、2与波纹夹芯3接合而成的复合材料构造1。
[0094]另外，面板1、2和波纹夹芯3也可以通过二次粘接来进行接合。在该情况下，使层叠体33固化而形成波纹夹芯3，另一方面，形成固化后的面板1、2。在固化后的波纹夹芯3经由粘结材料与固化后的面板1、2抵接的状态下进行该粘接剂的固化，由此，完成面板1、2和波纹夹芯3接合而成的复合材料构造10。
[0095]图13是表示使用带状的预浸材料(预浸带)来制造复合材料构造10的制造方法的一例的示意图。在平坦的模芯31之上层叠预浸带36，形成形成有开口4的层叠体33(图13(a))。预浸带36可以使用AFP(automated fiber placement:自动铺带)技术来进行层叠。在这里，在图13的制造方法中，能够使用预浸带来形成所希望的形状的层叠体33，因此无需通过冲裁(punching)、切削(cutting)来形成开口4，在这一点需要留意。
[0096]接着，与图12的制造方法相同，通过冲压(pressing)、立体裁切(draping)，使层叠体33成形为最终要成形的波纹夹芯3的形状(图13(b))，而且，进行将面板1、2和波纹夹芯3接合的工序(图13 (c))。与图12的制造方法相同，在将面板1、2和波纹夹芯3接合的工序中，可以使用共固化(co-cure)、共结合(co-bond)以及二次粘接中的任一方。通过以上的工序，完成复合材料构造10。
[0097]另一方面，图14是表示使用将树脂含浸于干还的RTM(resin transfer molding树脂传递成型)技术来制造复合材料构造1的制造方法的示意图。
[0098]首先，准备具有开口 4的干坯41 (图14(a))。也可以通过冲裁(punching)、切削(cutting)在平板状的干坯上形成开口 4而形成具有开口 4的干坯41。
[0099]接着，通过利用RTM使树脂含浸于干坯41，形成波纹夹芯3(图14(b))。详细地说，在模芯42、43夹着干坯41的状态下将树脂含浸，而且，以所希望的温度使该树脂固化。由此，完成固化的波纹夹芯3。
[0100]接着，进行将通过其他途径成形的面板1、2和波纹夹芯3接合的工序，而完成复合材料构造10的制造(图14(c))。面板1、2与波纹夹芯3的接合可以通过各种方法进行。
[0101 ]面板1、2和波纹夹芯3可以通过共固化(co-bond)来进行接合。在该情况下，最终会成为面板1、2的未固化的部件34、35通过层叠预浸材料而形成，而且，在固化后的波纹夹芯3经由粘结材料与未固化的部件34、35抵接的状态下进行固化。由此，完成面板1、2与波纹夹芯3接合而成的复合材料构造10。
[0102]另外，面板1、2和波纹夹芯3也可以通过二次粘接来进行接合。在该情况下，准备固化后的面板1、2，而且，在固化后的波纹夹芯3经由粘结材料与固化后的面板1、2抵接的状态下进行该粘接剂的固化。由此，完成面板1、2与波纹夹芯3接合而成的复合材料构造10。
[0103]需要说明的是，没有面板2的复合材料构造1A的制造可以在上述制造方法中通过不在波纹夹芯3上接合面板2来实现，这对本领域技术人员而言是容易理解的。
[0104]以上具体记载了本发明的各种实施方式，但本发明不限定于上述实施方式。本发明能够与各种变更一并实施，这对本领域技术人员而言是不言而喻的。
[0105]附图标记说明
[0106]1、2:面板
[0107]la、2a:内侧表面
[0108]lb、2b:外侧表面
[0109]3:波纹夹芯
[0110]4、4a ?4d:开口
[0111]10、1A:复合材料构造
[0112]11、12:接合部
[0113]13:连结部
[0114]14、15:空间
[0115]17、18:侧面
[0116]21、22:基部
[0117]23、24:斜柱部
[0118]25、26、27:柱部
[0119]28:梁部
[0120]31:模芯
[0121]32:预浸材料
[0122]33:层叠体
[0123]34、35:部件
[0124]36:预浸带
[0125]41:干坯
[0126]42、43:模芯
【主权项】
1.一种复合材料构造，其特征在于，具备: 第一面板； 与所述第一面板接合的波纹夹芯； 所述波纹夹芯具有至少一个开口。2.根据权利要求1所述的复合材料构造，其特征在于， 还具备与所述第一面板相对的第二面板， 所述波纹夹芯接合于所述第一面板与所述第二面板之间。3.根据权利要求1或2所述的复合材料构造，其特征在于， 所述至少一个开口包括多个开口， 通过在所述波纹夹芯上形成所述多个开口而在所述波纹夹芯上形成桁架构造。4.根据权利要求2所述的复合材料构造，其特征在于， 所述波纹夹芯具备: 第一接合部，其与所述第一面板接合，并且在沿着所述第一面板的第一方向上延伸； 第二接合部，其与所述第二面板接合，并且在所述第一方向上延伸；以及 连结部，其连结于所述第一接合部与所述第二接合部之间，并且在所述第一方向上延伸； 所述波纹夹芯具有如下的形状，即，由所述第二接合部、所述连结部以及所述第一面板围成的第一空间在所述第一方向上延伸，由所述第一接合部、所述连结部以及所述第二面板围成的第二空间在所述第一方向上延伸，并且，所述第一空间和所述第二空间在与所述第一方向不同的沿着所述第一面板的第二方向上交替排列配置， 所述至少一个开口设置于所述连结部。5.根据权利要求4所述的复合材料构造，其特征在于， 所述至少一个开口包括在所述第二方向上排列配置的多个开口， 所述波纹夹芯具备: 第一基部，其与所述第一接合部连结，并且在所述第一方向上延伸； 第二基部，其与所述第二接合部连结，并且在所述第一方向上延伸； 第一斜柱部，其相对于所述第一方向倾斜地延伸而连结所述第一基部与所述第二基部；以及 第二斜柱部，其相对于所述第一方向倾斜地延伸而连结所述第一基部与所述第二基部； 所述第一斜柱部与所述第二基部连结的位置相对于所述第一斜柱部与所述第一基部连结的位置在所述第一方向上错开， 所述第二斜柱部与所述第一基部连结的位置相对于所述第二斜柱部与所述第二基部连结的位置在所述第一方向上错开。6.根据权利要求1或2所述的复合材料构造，其特征在于， 所述至少一个开口为圆形。7.根据权利要求1或2所述的复合材料构造，其特征在于， 所述至少一个开口为长圆形。8.一种液体舱，其特征在于，具备权利要求2所述的复合材料构造，在所述第一面板与所述第二面板之间保持液体。
【文档编号】B64C3/34GK105916673SQ201580004813
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2015年1月28日
【发明人】阿部俊夫, 高木清嘉, 小山贵之, 吉野雄哉, 岸本和昭, 斋藤浩, 斋藤浩一, 石田隆司
【申请人】三菱重工业株式会社