JPH03286841A - 複合材構造物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は繊維強化プラスチックのような複合材料によっ
て、航空機、小型船舶用構造物の製作に有利に適用する
ことができる複合材料構造物の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の強化繊維に接着力のある樹脂（熱硬化型又は熱可
塑型樹脂）を含浸させた複合材料により立体状又は平板
状複合材構造物を製作する方法を第５図及び第６図によ
って説明する。

第５図は立体状構造物を製作する方法の工程図であって
、図中、８は繊維強化プラスチックのような複合材料平
板素材、９は複合材料Ｔ型材素材、１０は複合材料Ｔ型
素材積層治具、１１は積層複合材料平板、１２は積層複
合材料Ｔ型材、１３は高温・高圧タンク、１４は製作さ
れた立体状構造物である。

複合材料平板素材８は複数板積層され積層複合材料平板
１１となり、複合材料Ｔ型材素材９は複合材料Ｔ型素材
積層治具（例えば低合金鋼製）１０によって積層複合材
料Ｔ型材１２となる。これら積層工程において、複合材
料のプラスチックが熱硬化型のもの＼場合には高温・高
圧タンク（図示省略）中で半硬化状態にする場合もあり
、熱可塑型のもの＼場合は高温・高圧タンク中で層間を
結合させる場合もある。

積層複合材料平板１１と積層複合材料Ｔ型材１２は図示
のように組立工程で組立られ、高温・高圧タンク■３中
で処理され、プラスチックが熱硬化型の場合はこの中で
平板■１とＴ型材１２とは硬化結合され、熱可塑型の場
合はこの中で平板１１．Ｔ型材１２のプラスチックが溶
融し両者を結合し、立体状構造物１４となる。

第６図は平板状構造物を製作する方法の工程図であって
、符号８，１３は第５図と同一のものを示し、１５は平
板状構造物を示す。複合材料平板素材８と積層して高温
・高圧タンク１３で処理する前に、第５図に関して説明
したように図示省略の高温・高圧タンクで処理して半硬
化又は結合して固定した積層複合材料平板とすることも
できる。その後の高温・高圧タンク１３での処理は第５
図に関して説明したのと同じである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の製作方法のうち第５図に示されたものは、第５図
下図のような接合面を引き剥がす方向又は剪断を与える
方向の力に対しては、繊維が強度に寄与しないため非常
に弱く、また破壊名−瞬のうちにおこる。また、平板部
品を第６図の製作方法で製作した場合には、第６図下図
のような圧縮力が作用した場合に積層の間が破壊す、る
ことかある。

この問題点を解決するために、積層間をミシンにより糸
で縫い合わせるアイデアが従来よりあったが、従来のミ
シンでは縫える板厚が５瓢程度までであり適用箇所が限
定されていた。また、縫製時にプラスチックが針にこび
りついて連続運転が困難であり、半硬化した複合材は縫
うことができなかった。

本発明は上記技術水準に鑑み、従来の製品における強度
上の問題点及び縫製時の問題点を解消させうる複合材構
造物の製造方法を提供しよ／ うとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は完全硬化前の熱硬化型複合材料又は層間結合後
の熱可塑型複合材料同志を、針先に超音波を付与しなが
らファイバで縫合することを特徴とする複合材構造物の
製造方法である。

〔作用〕

本発明において、ファイバは積層型複合材料の弱点であ
る積層の接合面の強度を向上させ、−瞬の破壊を防止す
る。また、針を超音波により加振することにより縫うこ
とができる板厚が増大し、半硬化した熱硬化型複合材料
及び層間結合した熱可塑型複合材料でも縫うことができ
、このため、一定の形状を保った材料を縫うことができ
る。また、縫製時に樹脂が針にこびりついても、超音波
により樹脂が溶けているため、針の抵抗とならず連続縫
合が可能である。

本発明で対象とする複合材料のうち、熱硬化型複合材料
としては、カーボンファイバ（以下、ＣＦと略記する）
／エポキシ樹脂、グラス／エポキシ樹脂、アラミド／エ
ポキシ樹脂、ＣＦ／ポリイミド樹脂、ボロン／エポキシ
樹脂、グラス／ポリエステル樹脂及びアラミド／ポリエ
ステル樹脂なとがあげられる。また、熱可塑型複合材料
としては、ＣＦ／ポリエーテルエーテルケトン樹脂、Ｃ
Ｆ／ポリフェニルサルファイド樹脂、ＣＦ／ポリイミド
樹脂、グラス／ポリエチレン樹脂、アラミド／ポリエチ
レン樹脂、アラミド／ポリカーボネート樹脂、グラス／
ナイロン、ＣＦ／ポリカーボネート樹脂などがあげられ
る。

また、本発明で使用するファイバとしては、ＣＦ、アラ
ミドファイバ、グラスファイバ、ボロンファイバなどが
あげられる。

更に又、本発明で針先に付与する超音波とは一部に可聴
音を含むが数ＫＨｚ〜数十ＫＨｚの範囲のものを使用し
つる。

〔実施例１〕 以下、本発明を立体状構造物、すなわち複数の部品の結
合に適用する場合の実施例を第１図、第２図によって説
明する。

第１図（ａ）は立体構造物の斜視図、第１図６〕は第１
図（ａ）のＡ−Ａ断面図、第２図（ａ）は１本のファイ
バでの縫合状況、第２図（ｂ）はミシンのように２本の
ファイバでの縫合状況を示す概略図である。

第１図（ａ）の立体構造物は、例え１ｉ複合材料Ｔ型材
素材１及び複合材料平板素材２としてＣＦ／エポキシ樹
脂複合材料又はＣＦ／ボリエーテルエーテルケトン樹脂
複合材料を積層したものを用い、従来方法として説明し
た第５図の組立工程までの工程を経て作製される。

組立工程で組立られた立体構造物は第５ＴＩ！Ｊの高温
・高圧タンク１３中で処理する前に、第１図（ａ）の点
線αで示した位置を第１開山）に示したように超音波に
より加振した針３によってファイバによって縫合される
。この際の縫合条件の一例をあげると、ファイバとして
ＣＦ又はアラミドを使用し、縫合ピッチ１〜６Ｂとし、
周波数４０　Ｋｔｌｚ　、出力１５０Ｗの超音波を付与
しながら縫合すればよい。

縫合の仕方は第２図（ａ）、（ｂ）に示したが、第２図
において４はファイバ、４′はファイバ（上糸）　　４
′はファイバ（下糸）を示す。

上述したように縫合した後、立体構造物は第５図で示し
たように高温・高圧タンク１３中で処理され製品となる
。

上記の実施例ではファイバによる縫合を第１図（ａ）の
α位置のみの場合を示したが、α位置に加え、β位置も
ファイバによって縫合すると一層荷重に対して破壊する
ことが少くなるので好ましい態様として推奨することが
できる。

〔実施例２〕 次に、本発明を平板部品の積層に適用する場合の実施例
を第３図、第４図によって説明する。

第３図（ａ）は積層平板部品の斜視図、第３図（ｂ）は
第３図（ａ）のＢ−Ｂ断面図、第４図（ａ）は１本のフ
ァイバでの縫合状況、第４図（ｂ）はミシンのように２
本のファイバでの縫合状況を示す概略図である。

第３図（ａ）の積層平板部品は、複合平板素材５として
ＣＦ／エポキシ樹脂複合材料又はＣＦ／ポリエーテルエ
ーテルケトン樹脂複合材料を積層したものを用い、第６
図の積層工程までの工程を経て作製される。

積層平板部品は第６図の高温・高圧タンク１３で処理す
る前に、第３図（ａ）の点線αで示した位置を、第３図
ら）に示したように超音波により加振した針３によって
ファイバによって縫合される。この際の縫合条件は前述
した条件と同様でよい。また、縫合の仕方は第４図（ａ
）、（ｂ）に示すように、前述の第２図（ａ）、（ロ）
と同じような手段が採用されうる。

縫合後、積層平板部品は第６図に示したように高温・高
圧タンク１３中で処理され製品となる。

上記の実施例はファイバによる縫合を第３図（ａ）のα
位置のみの場合を示したが、α位置に加え、α位置と平
行な位置をファイバによって縫合すると一層荷重に対し
て破壊することが少くなることは前記実施例と同じであ
る。

〔発明の効果〕

本発明のファイバによる複合材層間の結合によって、立
体型又は積層型複合材の強度上の弱点である部品間又は
積層間の強度を向上させ、−瞬の破壊を防止しつる。又
、針を超音波で加振して縫うことにより板厚の大きなも
のでも縫うことができ、さらに半硬化した熱硬化型複合
材料等でも縫うことができ、更に又、縫製時に樹脂が針
にこびりついても、超音波により樹脂が溶けているため
、針の抵抗とならず連続運転ができる。

【図面の簡単な説明】

第■図、第２図は本発明の複合材料立体構造物の製造法
の実施例の説明図、第３図、第４図は本発明の複合材料
平板部品の製造方法の実施例の説明図で、第１図、第３
図は夫々の複合材料の縫合の説明図、第２図、第４図は
縫合パターンの説明図である。 第５図、第６図は従来の複合材料の立体構造物、平板部
品の製造方法の工程図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 完全硬化前の熱硬化型複合材料又は層間結合後の熱可塑
   型複合材料同志を、針先に超音波を付与しながらファイ
   バで縫合することを特徴とする複合材構造物の製造方法
   。