JPH07112714B2 - 繊維強化複合材料製トラス継手およびその製造方法 - Google Patents

繊維強化複合材料製トラス継手およびその製造方法

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JPH07112714B2
JPH07112714B2 JP2123647A JP12364790A JPH07112714B2 JP H07112714 B2 JPH07112714 B2 JP H07112714B2 JP 2123647 A JP2123647 A JP 2123647A JP 12364790 A JP12364790 A JP 12364790A JP H07112714 B2 JPH07112714 B2 JP H07112714B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は宇宙トラス構造体等のトラス部材を接合するた
めの繊維強化複合材料製トラス継手およびその製造方法
に関するものである。
〔従来の技術〕
人工衛星や宇宙ステーションなどの宇宙構造体として、
炭素繊維強化プラスチック(以下、CFRPという)等の繊
維強化プラスチック(以下、FRPという)製のパイプか
らなるトラス部材をトラス継手で接合して組立てたトラ
ス構造体が使用されている。
第10図は従来のトラス継手を示す斜視図である。図にお
いて、(1)はトラス継手で、複数の軸方向に放射状に
円筒状体(2)が突出する放射状体(3)のそれぞれの
円筒状体(2)の先端部にトラス部材挿入孔(4)が形
成され、全体がアルミニウム等の軽量金属により形成さ
れている。(5)はトラス部材で、CFRP等のFRP製パイ
プからなり、複数の軸方向に配置され、トラス部材挿入
孔(4)に挿入されて接合され、トラス構造物が組立て
られるようになっている。
上記のトラス継手(1)においては、挿入孔(4)にト
ラス部材(5)を挿入して接着剤あるいはピン止めによ
り固定し、トラス構造物が形成される。この状態で、ト
ラス部材(5)に働く引張力および圧縮力はトラス継手
(1)により伝達される。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかるに、上記のような従来のトラス継手においては、
トラス部材(5)となるCFRPは比重が1.4〜1.5と小さ
く、宇宙構造部材の適性としての比強度(比重当りの強
度)、比剛性が大きく、さらに負荷方向に繊維を配向し
て軽量化がはかられているのに対し、トラス継手(1)
はアルミニウム製であるため、比重2.7と大きく、比強
度、比剛性が低く、継手部の重量が大きくなり、地上か
らの打上げ時に打上げ対象物の重量増につながり、さら
にアルミニウムの熱膨張係数がCFRPに比較し大きく、温
度変動に伴う内部応力が発生するなどの問題点があっ
た。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、トラス部材と同等の比強度、比剛性をもたせ
て軽量化をはかり、熱膨張係数を小さくしてトラス部材
に近づけて、内部応力の発生を防止できる繊維強化複合
材料製トラス継手およびそ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〕
本発明は次の繊維強化複合材料製トラス継手およびその
製造方法である。
(1)軽量パイプからなるトラス部材の継手において、
複数の軸方向に配置される複数のトラス部材の端部に対
向するように、複数の軸方向に放射状に交差して組込ま
れた連続繊維強化複合材料製の短尺ロッド、およびこの
短尺ロッドの外周部に組込まれてその先端部にトラス部
材挿入孔を形成する連続繊維強化複合材料製の複数の長
尺ロッドからなる放射状体と、前記トラス部材挿入孔の
内周部に挿入された繊維強化複合材料製のインナーパイ
プと、このインナーパイプに対向して長尺ロッドの外周
部に形成された連続繊維強化複合材料製のアウターパイ
プとを備え、 前記短尺ロッドの間隙および長尺ロッドの間隙の全体が
マトリックス層で実質的に埋められて、全体が一体化し
ていることを特徴とする繊維強化複合材料製トラス継
手。
(2)連続繊維強化複合材料製の複数の短尺ロッドを複
数の軸方向に交差して組込み、この短尺ロッドの外周部
に連続繊維強化複合材料製の複数の長尺ロッドを組込ん
で先端部にトラス部材挿入孔を有する放射状体を形成す
る工程と、トラス部材挿入孔の内周部にインナーパイプ
を接合する工程と、このインナーパイプに対向して長尺
ロッドの外周部に連続繊維を巻付けるとともにマトリッ
クスを含浸硬化させてアウターパイプを形成する工程
と、形成されたプリフォーム体を成形型に挿入してマト
リックスを注入し、短尺ロッドの間隙および長尺ロッド
の間隙の全体をマトリックス層で実質的に埋めて、全体
を一体化する工程とからなることを特徴とする繊維強化
複合材料製トラス継手の製造方法。
〔作 用〕
本発明の繊維強化複合材料製トラス継手は、連続繊維強
化複合材料製の複数の短尺ロッドを複数の軸方向に交差
して組込み、この短尺ロッドの外周部に連続繊維強化複
合材料製の複数の長尺ロッドを組込んで先端部にトラス
部材挿入孔を有する放射状体を形成し、トラス部材挿入
孔の内周部にインナーパイプを接合し、このインナーパ
イプに対向して長尺ロッドの外周部に連続繊維を巻付け
るとともにマトリックスを含浸硬化させてアウターパイ
プを形成し、形成されたプリフォーム体を成形型に挿入
してマトリックスを注入し、短尺ロッドの間隙および長
尺ロッドの間隙の全体をマトリックス層で実質的に埋め
て全体を一体化することにより製造される。
こうして製造されたトラス継手においては、トラス部材
挿入孔にトラス部材を挿入して接着剤あるいはピン止め
により固定し、トラス構造物が形成される。この状態
で、トラス部材に働く引張力、圧縮力、応力、ねじり力
等はトラス継手により伝達される。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図について説明する。
第1図は実施例のトラス継手を示す斜視図、第2図はそ
の正面図、第3図はそのA−A断面図、第4図はロッド
の交差部を示す斜視図、第5図は放射状体を示す斜視
図、第6図はそのB−B断面図、第7図はアウターパイ
プ形成工程を示す斜視図、第8図はそのC−C断面図、
第9図は成形型を示す断面図であり、図において、第10
図と同一符号は同一または相当部分を示す。
トラス継手(1)は、複数の軸方向に放射状に円筒状体
(2)が突出する放射状体(3)のそれぞれの円筒状体
(2)の先端部に、トラス部材挿入孔(4)が形成され
ているのは従来のものと同様であるが、トラス継手
(1)の材質は従来とは異なり、繊維強化複合材料によ
り形成されている。
(11)は複数の軸方向に配置される複数のトラス部材
(5)の端部に対向するように、複数の軸方向に放射状
に交差して組込まれた連続繊維強化複合材料製の複数の
短尺ロッド、(12)はこの短尺ロッド(11)の外周部に
組込まれてその先端部にトラス部材挿入孔(4)を形成
する連続繊維強化複合材料製の複数の長尺ロッドであ
り、放射状体(3)はこれらの短尺ロッド(11)および
長尺ロッド(12)により形成されている。(13)は長尺
ロッド(12)によって形成されるトラス部材挿入孔
(4)の内周部に挿入された繊維強化複合材料製のイン
ナーパイプ、(14)はこのインナーパイプ(13)に対向
して長尺ロッド(12)の外周部に形成された連続繊維強
化複合材料製のアウターパイプ、(15)は前記短尺ロッ
ド(11)の間隙および長尺ロッド(12)の間隙の全体を
埋めて全体を一体化するマトリックス層である。
短尺ロッド(11)および長尺ロッド(12)は、それぞれ
長手方向に炭素繊維等の連続繊維(16)が配向し、樹脂
等のマトリックス(17)がその間隙を埋めて、ロッド状
に形成されており、直径0.5〜1mmのものが使用できる。
放射状体(3)はこのような短尺ロッド(11)および長
尺ロッド(12)が第4図に示すように、複数の軸方向に
つき刺し状に交差して組込まれ、放射状に形成されてい
る。インナーパイプ(13)は炭素繊維等の連続繊維(1
6)が軸方向に対しそれぞれ45゜の対向する傾斜で交差
して配向し、樹脂等のマトリックス(17)がその間隙を
埋めてパイプ状に形成されており、接着剤等により放射
状体(3)の各円筒状体(2)の先端部内周に固着され
ている。アウターパイプ(14)は、樹脂等のマトリック
ス(17)を含浸した炭素繊維等の連続繊維(16)を軸方
向に対して90゜の方向に配向するように巻付けて締付
け、硬化させてパイプ状に形成されている。マトリック
ス層(5)はロッド(11)、(12)の間隙、ならびにロ
ッド(11)、(12)と他の部材との接触部等の間隙に充
填され、全体を一体化している。
上記のトラス継手(1)の製造方法は、連続繊維強化複
合材料製の複数の短尺ロッド(11)を、第4図に示すよ
うに、複数の軸方向に放射状に交差して組込み、その外
周部に連続繊維強化複合材料製の複数の長尺ロッド(1
2)を組込んで、第5図および第6図に示すように、そ
の先端部にトラス部材挿入孔(4)を有する放射状体
(3)を形成する。
そして、第8図に示すように、トラス部材挿入孔(4)
の内周部に0.5〜1mm程度の薄肉のインナーパイプ(13)
を接着剤等により仮固着し、このインナーパイプ(13)
に保持栓(21)を挿入して、マンドレル(22)をねじ付
ける。
続いて第7図に示すように、マンドレル(22)を回転さ
せながら、樹脂等のマトリックス(17)を含浸させた炭
素繊維等の連続繊維ロービング(23)を、キャリッジア
イ用アーム(24)に支持されたガイドロール(25)を介
して、アイ(26)から供給し、インナーパイプ(13)に
対向して長尺ロッド(12)の外周部に連続繊維ロービン
グ(23)を巻付けて長尺ロッド(12)を巻付け、樹脂等
のマトリックス(17)を硬化させてアウターパイプ(1
4)を形成する。
このようにして形成されたプリフォーム体(27)を、第
9図に示すように、保持栓(21)をつけた状態で、2分
割または4分割形の成形型(28)のキャビティ(29)に
挿入し、注入口(30)から注入ランナ(31)を通して、
真空脱泡した樹脂等のマトリックスをキャビティ(29)
に注入し、排出口(32)から排出ランナ(33)を介して
排気して、気泡の混入しないマトリックス層(15)を短
尺ロッド(11)の間隙、長尺ロッド(12)の間隙、なら
びにロッド(11)、(12)とインナーパイプ(13)等の
他の部材との間隙の全体に充填し、全体を固着して一体
化し、トラス継手(1)を完成する。
こうして製造されたトラス継手(1)は、トラス部材挿
入孔(4)にトラス部材(5)を挿入して接着剤あるい
はピン止めにより固定し、トラス構造物が形成される。
この状態で、トラス部材(5)に働く引張力、圧縮力、
応力、ねじり力等はトラス継手(1)により伝達され
る。
このときトラス部材(5)からの引張力、圧縮力、応
力、ねじり力等は、トラス部材(5)と接着されたイン
ナーパイプ(13)を介して連続繊維強化複合材料製のロ
ッド(11)、(12)の軸方向に伝達され、負荷荷重を受
ける。アウターパイプ(14)は連続繊維強化複合材料製
の長尺ロッド(12)のパイプ外周を軸方向に直角の方向
に連続繊維ロービング(23)を巻付けて固着されている
ので、長尺ロッド(12)をパイプ状に保持し、補強す
る。
またプリフォーム体(27)を成形型(28)に挿入してマ
トリックスを注入し、ロッド(11)、(12)の間隙およ
びロッド(11)、(12)と他の部材の間隙の全体にマト
リックス層(15)を形成し、全体を一体化しているの
で、引張力および圧縮力のみでなく、応力、ねじり力等
も伝達可能であり、剛性の大きいトラス継手(1)が得
られる。
なお上記実施例では、連続繊維(16)として炭素繊維を
用いたが、ガラス繊維、アラミド繊維等の他の繊維でも
よい。またマトリックス(15)、(17)として樹脂を使
用したが、耐熱用として使用する場合は、アルミニウ
ム、マグネシウム等の金属であってもよく、上記実施例
と同様の効果を奏する。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、各軸の軸方向に連続
した一方向の連続繊維強化複合材料製の短尺および長尺
ロッドをパイプ状に配設し、トラス部材挿入孔の内部に
インナーパイプ、外部に軸と直角方向に連続繊維ロービ
ングを配設し、短尺ロッドの間隙および長尺ロッドの間
隙の全体をマトリックス層で実質的に埋めて全体を一体
化しているので、軽量で剛性その他の機械的強度が大き
く、軸方向の引張力、圧縮力のほか、応力やねじり力も
均一に伝達できるとともに、トラス部材と同じ材質のた
め、熱膨張係数が同じになり、内部応力の発生を防止で
きる安価なトラス継手が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例のトラス継手を示す斜視図、第2図はそ
の正面図、第3図はそのA−A断面図、第4図はロッド
の交差部を示す斜視図、第5図は放射状体を示す斜視
図、第6図はそのB−B断面図、第7図はアウターパイ
プ形成工程を示す斜視図、第8図はそのC−C断面図、
第9図は成形型の断面図、第10図は従来のトラス継手を
示す斜視図である。 各図中、同一符号は同一または相当部分を示し、(1)
はトラス継手、(2)は円筒状体、(3)は放射状体、
(4)はトラス部材挿入孔、(5)はトラス部材、(1
1)は短尺ロッド、(12)は長尺ロッド、(13)はイン
ナーパイプ、(14)はアウターパイプ、(15)はマトリ
ックス層、(16)は連続繊維、(17)はマトリックス、
(22)はマンドレル、(23)は連続繊維ロービング、
(27)はプリフォーム体、(28)は成形型である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 E04B 1/58 M 8913−2E F16L 41/03 // B29K 105:06 B29L 22:00 (72)発明者 菅野 俊行 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三 菱電機株式会社材料研究所内 (72)発明者 長谷川 光 神奈川県鎌倉市上町屋325番地 三菱電機 株式会社鎌倉製作所内 (72)発明者 世古 博己 神奈川県鎌倉市上町屋325番地 三菱電機 株式会社鎌倉製作所内 (72)発明者 井上 登志夫 神奈川県鎌倉市上町屋325番地 三菱電機 株式会社鎌倉製作所内 (56)参考文献 特開 昭60−179238(JP,A) 特開 昭61−155531(JP,A) 特開 昭61−155532(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】軽量パイプからなるトラス部材の継手にお
    いて、複数の軸方向に配置される複数のトラス部材の端
    部に対向するように、複数の軸方向に放射状に交差して
    組込まれた連続繊維強化複合材料製の複数の短尺ロッ
    ド、およびこの短尺ロッドの外周部に組込まれてその先
    端部にトラス部材挿入孔を形成する連続繊維強化複合材
    料製の複数の長尺ロッドからなる放射状体と、前記トラ
    ス部材挿入孔の内周部に挿入された繊維強化複合材料製
    のインナーパイプと、このインナーパイプに対向して長
    尺ロッドの外周部に形成された連続繊維強化複合材料製
    のアウターパイプとを備え、 前記短尺ロッドの間隙および長尺ロッドの間隙の全体が
    マトリックス層で実質的に埋められて、全体が一体化し
    ていることを特徴とする繊維強化複合材料製トラス継
    手。
  2. 【請求項2】連続繊維強化複合材料製の複数の短尺ロッ
    ドを複数の軸方向に交差して組込み、この短尺ロッドの
    外周部に連続繊維強化複合材料製の複数の長尺ロッドを
    組込んで先端部にトラス部材挿入孔を有する放射状体を
    形成する工程と、トラス部材挿入孔の内周部にインナー
    パイプを接合する工程と、このインナーパイプに対向し
    て長尺ロッドの外周部に連続繊維を巻付けるとともにマ
    トリックスを含浸硬化させてアウターパイプを形成する
    工程と、形成されたプリフォーム体を成形型に挿入して
    マトリックスを注入し、短尺ロッドの間隙および長尺ロ
    ッドの間隙の全体をマトリックス層で実質的に埋めて、
    全体を一体化する工程とからなることを特徴とする繊維
    強化複合材料製トラス継手の製造方法。
JP2123647A 1990-05-14 1990-05-14 繊維強化複合材料製トラス継手およびその製造方法 Expired - Lifetime JPH07112714B2 (ja)

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