JPH0441889B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、繊維強化プラスチツク製のグリツ
ド構造体の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 一般に、繊維強化プラスチツク（FRP）製の
グリツド構造体としては、例えば第１０図に示す
ようなものがある。

すなわち、図に示す筒状の三角グリツド構造体
Ｇは、二つのリング状枠部１０１，１０１の間に
多数の桟部１０２から成るグリツドを設けたもの
であつて、人工衛星の中核構造体やロケツトの最
上段部におけるキツクモータと下段のロケツトモ
ータとの接手として用いられており、材質として
は、特に、炭素繊維を用いた繊維強化プラスチツ
ク（CFRP）が適用されている。

そして、従来における上記のグリツド構造体Ｇ
の製造は、フイラメントワインデイング法に基づ
いて行つていた。これは円筒状コアの外周に、着
脱可能の治具を用いてグリツド構造体Ｇの形状に
対応する溝を形成し、回転する前記コアの溝に、
樹脂を含浸した連続する炭素繊維フイラメントを
一定の張力をかけながら巻き付けるものである。
また、巻き付けが終了した後には、初期の熱硬化
処理を施し、そののち、治具を外して硬化したグ
リツド構造体を取外す。なお、フイラメントワイ
ンデイング法による製造方法の具体的な例として
は、例えば特開昭57−178830号公報などが知られ
ている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記したようなグリツド構造体
の製造方法にあつては、連続する炭素繊維フイラ
メントを順次巻き付ける方法であるため、第１１
図にコアの一部を示すように、桟部用溝１０３か
ら枠部用溝１０４へ巻き付けたフイラメントＦ
と、枠部用溝１０４から他の桟部用溝１０３へ巻
き付けたフイラメントＦとの間に繊維が疎の状態
になる部分１０５ａが生じ、他方ではフイラメン
トＦの交差部分１０５ｂが生じるので、繊維の含
有率が部分的に著しく異なつて強度的に好ましく
ないという問題があり、さらに、部分的な補強を
行うことができないという問題点があつた。ま
た、グリツド構造体の枠部１０１には、第１２図
に示すように、他の構造物と連結に用いるクラン
プバンドやボルト・ナット等を取付けるためのフ
ランジ部１０１ａが形成されることが多いが、上
記したように繊維が疎の状態になる部分１０５ａ
が生じるのに加えて当該枠部１０１におけるフィ
ラメントＦの繊維方向がすべて円周方向となるた
め、特にフランジ部１０１ａ付近の引張荷重に対
する強度が低下するという問題があった。

この発明は、上記の諸問題点に着目して成され
たもので、部分的な繊維の疎密化、部分的な補強
不可能および引張荷重に対する強度不足等の問題
を解消し、全体的に充分な強度を備えたグリツド
構造体を得ることができるグリツド構造体の製造
方法を提供することを目的としている。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明によるグリツド構造体の製造方法を第
１図に基づいて説明すると、繊維強化プラスチッ
ク製グリツド構造体を製造するに際し、工程１に
おいて、一定の繊維方向を有し且つグリツド構造
体の枠部、桟部および枠部と桟部との連結部等の
夫々の部分に対応する各種のプリプレグ材を一方
の型に積層したのち、工程２において、他方の型
で前記プリプレグ材を押圧整形し、次いで工程３
において、前記プレプレグ材に硬化処理を施して
グリツド構造体を形成することを特徴としてい
る。また、上記のプリプレグ材は、炭素繊維フイ
ラメント等の繊維束を一定の繊維方向で布状に
し、これに硬化剤や充填剤などを混合した熱硬化
性樹脂を含浸させて乾燥したものであり、上記構
成の場合、積層時に部位の異なるプリプレグ材同
士の継目が重なることを防ぐため、一つの部分に
対応するプリプレグ材に寸法の異なるものをいく
つか用いることがより望ましい。

（実施例） 以下、この発明を図面に基づいて説明する。

第２図および第３図は、この発明によるグリツ
ド構造体の製造方法の一実施例に用いる装置を説
明する図である。

すなわち、図中の装置は筒状の三角グリツド構
造体（第１０図参照）を製造するのに用いるもの
であつて、符号５は、円筒状を成し且つ軸６で回
転可能に保持されたコアであり、このコア５の外
周に、グリツド構造体の形状に対応する一方の型
としての雌型が形成してある。また、雌型を形成
するにあたつては、コア５に、分割可能な円筒部
材７を間にして二つのリング８，８を嵌装すると
共に、前記円筒部材７の表面に、多数の三角形の
治具９を夫々ボルト１０で固定することにより、
リング８と治具９との間にグリツド構造体の枠部
に対応する枠部用溝１１ａを形成し、各治具９の
間にグリツド構造体の桟部に対応する桟部用溝１
１ｂを形成している。

さらに、各リング８には、当該リング８との間
でフランジ付の枠部を形成する他方の型としての
枠部用雄型１２（図には一部を示す）がボルト１
２ａで着脱可能に設けてあり、各治具９の外周側
には、当該治具９および円筒部材７との間で桟部
を形成する同じく他方の型としての桟部用雄型１
３（図には一部を示す）が着脱可能に設けてあ
る。なお、前記桟部用雄型１３は、各治具９との
間にスペーサ１４を介装するとともに前記治具９
を貫通して円筒部材７にねじ込まれるボルト１３
ａで取付けるようになつており、各雄型１２，１
３は、いくつかに分割されている。

第４図ａ〜ｈは、プリプレグ材の種類を説明す
る図である。

プリプレグ材は、一定の繊維方向を有する炭素
繊維のマツトに熱硬化性樹脂を含浸させて乾燥し
たものであり、大別すると、枠部用プリプレグ材
Ａ、枠部と桟部との連結部付近に用いる連結部用
プリプレグ材Ｂ、および桟部用プリプレグ材Ｃに
分けられている。

枠部用プリプレグ材Ａは、枠部の円周方向に沿
つた繊維方向を有しており、第４図ａに示すよう
に枠部だけに対応するプリプレグ材Ａ１と、第４
図ｂに示すように枠部および連結部の一部に対応
するプリプレグ材Ａ２とがあり、適宜の寸法に切
断して用いることもある。

連結部用プリプレグ材Ｂは、グリツド構造体の
軸方向に沿つた繊維方向を有しており、第４図
ｃ，ｄに示すように連結部と枠部および桟部の一
部とに対応するプリプレグ材Ｂ１，Ｂ２、第４図
ｅに示すように連結部と桟部の一部とに対応する
プリプレグ材Ｂ３、連結部の一部に対応するプリ
プレグ材Ｂ４、第４図ｆに示すように連結部およ
び枠部の一部に対応するプリプレグ材Ｂ５などが
ある。なお、連結部用プリプレグ材Ｂは、例えば
連結部と桟部および枠部の一部とに対応するプリ
プレグ材Ｂ１，Ｂ２で形態が類似していても、枠
部に対応する部分を相反する方向にずらせたもの
や、桟部に対応する長さ寸法ｌ（第４図ｄ）に示
す）を異ならせたものなど数種類のプリプレグ材
がある。

桟部用プリプレグ材Ｃは、主に長手方向に沿つ
た繊維方向を有する帯状を成しており、第４ｇ，
ｈに示すように、適宜の長さに切断された各種プ
リプレグ材Ｃ１〜Ｃ４がある。また、桟部用プリ
プレグ材Ｃには、第４図ｅ，ｆに示すように、連
結部の一部にも対応するプリプレグ材Ｃ５，Ｃ６
もあり、このプリプレグ材Ｃ５，Ｃ６は、連結部
における繊維方向が軸方向と一致するように端部
を屈曲させている。なお、上記各桟部用プリプレ
グ材Ｃ１〜Ｃ６は、連結部用プリプレグ材Ｂの寸
法などに応じて長さを設定することができ、図示
からも明らかなように、切断寸法によつては連結
部用プリプレグ材Ｂとして用いることもできる。

第５図ａ〜ｑおよび第６図は、上記各プリプレ
グ材Ａ，Ｂ，Ｃの積層工程の一例を説明する図で
ある。なお、各図中における符号９はコア５（第
２図参照）に固定した治具、１１ａは雌型となる
枠部用溝、１１ｂは同じく雌型となる桟部用溝で
ある。

まず、第５図ａ〜ｉおよび第６図に示すよう
に、初めに、連結部と枠部および桟部の一部とに
対応する連結部用プリプレグ材Ｂ１を円周方向に
並べて各溝１１ａ，１１ｂ内に敷設したのち、連
結部および桟部の一部に対応する連結部用プリプ
レグ材Ｂ３と、適宜の寸法に切断した枠部用プリ
プレグ材Ａ１とを積層し、上記の二工程を以下数
回にわたつて交互に行う。このとき、枠部の一部
にも対応する連結部用プリプレグ材Ｂは、第５図
ａ，ｃ，ｅ，ｇ，ｉに示すように、枠部に対応す
る部分が相反する方向にずれているプリプレグ材
Ｂ１，Ｂ２を交互に用いており、全体を通して見
ると、連結部用プリプレグ材Ｂにおける桟部に対
応する部分が徐々に短くなつている。

次に、第５図ｊ〜ｑ同じく第６図に示すよう
に、枠部用プリプレグ材Ａ１，Ａ２、連結部用プ
リプレグ材Ｂ１〜Ｂ５および桟部用プリプレグ材
Ｃ１〜Ｃ６を適宜に組合わせて積層を行う。この
ときにも、枠部に対応する部分が相反する方向に
ずれている連結部用プリプレグ材Ｂ１，Ｂ２（第
５図ｌ，ｐ参照）を交互に用い、さらに、両側の
連結部に至る桟部用プリプレグ材Ｃ５，Ｃ６（第
５図ｊ，ｋ，ｎ，ｏ参照）の積層順序を交互に変
化させるようにしている。つまり、上述したよう
に、部分的に寸法が異なるプリプレグ材を順次積
層すれば、部位の異なるプリプレグ材同士の継目
が一箇所に集中するのを防ぐことができる。

なお、上記の工程において枠部に積層していく
際には、フランジ部を形成しうるように各プリプ
レグ材の縁を折り上げるようにして積層し、フラ
ンジ部における層をグリツド構造体の軸方向に重
なつた状態に形成する。

そして、以上の積層工程を数回繰返して全積層
工程を行い、こののち、枠部用雄型１２および桟
部用雄型１３（第２図および第３図参照）を夫々
取付けて各ボルト１２ａ，１２ａの締め付けによ
り積層したプリプレグ材を押圧整形し、次いでこ
の状態のままで初期の熱硬化処理を施す。さら
に、プリプレグ材が硬化したのちには、各雄型１
２，１３の取外しに続いてリング８および治具９
を取外し、グリツド構造体を円筒部材７とともに
コア５から抜き出したのち、前記円筒部材７を分
解してグリツド構造体を得る。

このようにして形成されたグリツド構造体Ｇ
は、第７図に示すように、とくに枠部１０１にお
ける繊維方向が、枠部１０１の円周方向とこれに
直交する方向との二方向になり、しかも一体成形
されたフランジ部１０１ａの層が当該グリツド構
造体Ｇの略軸方向に重なつた状態で形成されるた
め、圧縮方向の荷重には当然のことながら引張方
向の荷重に対しても十分な強度を得ることができ
る。また、当該グリツド構造体Ｇは、プリプレグ
材だけで一体に成形することから、他の構造物と
の結合部、例えばボルトの取付孔１０６などを任
意の位置に精度良く設けることができ、この際、
ボルト取付けの都合によつてフランジ部１０１ａ
の内側に同質部材から成るボス部材１０７を設け
ることもある。

なお、上記実施例では、円筒状の三角グリツド
構造体を製造する場合を例に挙げて説明したが、
グリツド構造体の形状が限定されることはなく、
例えば第８図ａ，ｂに示すような矩形筒状の三角
グリツド構造体１０８や、第９図に示すような矩
形グリツド構造体１０９などの様々な形状にする
ことができ、その用途に応じた必要な部位を本体
と一体に成形することができる。さらに、構造体
の夫々の部分に対応するプリプレグ材の種類が上
記実施例に限定されることもない。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、この発明のグリツド
構造体の製造方法によれば、繊維強化プラスチツ
ク製のグリツド構造体を製造するに際し、一定の
繊維方向を有し且つグリツド構造体の枠部、桟部
および枠部と桟部との連結部等の夫々の部分に対
応する各種のプリプレグ材を一方の型に積層した
のち、他方の型で前記プリプレグ材を押圧整形
し、次いで前記プリプレグ材に硬化処理を施して
グリツド構造体を形成するようにしたため、フイ
ラメントワインデイング法に基づく従来の製造方
法と比較すると繊維方向を自由に設定することが
できるので、想定される荷重の方向に対して充分
な強度を備えたグリツド構造体を得ることがで
き、部分的な繊維の疎密化を防ぐことができると
共に、部分的な補強を自由に行うことができると
いう著大な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を説明するブロツク
図、第２図はこの発明の一実施例に用いる装置を
説明する斜視図、第３図は第２図に示す装置の断
面図、第４図ａ〜ｈは使用するプリプレグ材の主
な種類を説明する各々平面図、第５図ａ〜ｑは積
層工程の一例を説明する各々平面図、第６図は第
５図に示す積層工程による枠部付近の積層状態を
分解して説明する斜視図、第７図は成形されたグ
リツド構造体を説明する断面図、第８図ａ，ｂは
グリツド構造体の他の形状例を説明する正面図お
よび平面図、第９図はグリツド構造体のさらに他
の形状例を説明する正面図、第１０図は円筒状の
三角グリツド構造体を説明する斜視図、第１１図
はフイラメントワインデイング法による製造過程
中のフイラメントの状態を説明するコアの部分平
面図、第１２図はフイラメントワインデイング法
によつて成形されたグリツド構造体の枠部を説明
する断面図である。 Ｇ，１０８，１０９……グリツド構造体、Ａ
１，Ａ２……枠部用プリプレグ材、Ｂ１〜Ｂ５…
…連結部用プリプレグ材、Ｃ１〜Ｃ６……桟部用
プリプレグ材、１１ａ……枠部用溝（一方の型）、
１１ｂ……桟部用溝（一方の型）、１２……枠部
用雄型（他方の型）、１３……桟部用雄型（他方
の型）、１０１……枠部、１０２……桟部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 繊維強化プラスチツク製のグリツド構造体を
   製造するに際し、一定の繊維方向を有し且つグリ
   ツド構造体の枠部、桟部および枠部と桟部との連
   結部等の夫々の部分に対応する各種のプリプレグ
   材を一方の型に積層したのち、他方の型で前記プ
   リプレグ材を押圧整形し、次いで前記プリプレグ
   材に硬化処理を施してグリツド構造体を形成する
   ことを特徴とするグリツド構造体の製造方法。