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技術 積層板及び積層板の加工方法

出願人 三菱重工業株式会社
発明者 加茂宗太高木清嘉石田潤阿部俊夫河野亮清水隆之梓澤直人
出願日 2016年2月15日 (4年10ヶ月経過) 出願番号 2016-026261
公開日 2017年8月24日 (3年3ヶ月経過) 公開番号 2017-144590
状態 特許登録済
技術分野 穴あけ、中ぐり加工 積層体(2)
主要キーワード 切除加工 ポリアリレート系繊維 同系樹脂 穿孔工具 繊維強化樹脂複合材 強化繊維複合材 ベクトラン 切削加工後
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年8月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

切削加工加工性の向上を図ることができる積層板等を提供する。

解決手段

積層板1は、繊維と樹脂材とを含む複合材で形成される難削層11と、難削層11の表裏両面に積層され、難削層11の複合材よりも硬質となる硬質材で形成される一対の硬質層12と、を備える。各硬質層12は、炭素繊維樹脂とからなる複合材で形成されており、難削層11と一対の硬質層12とは、一体に成形される。また、難削層11に含まれる樹脂と、硬質層12に含まれる樹脂とは、同系樹脂であり、エポキシ系樹脂が用いられる。

概要

背景

従来、複合材として、表面から順に、不織布で補強された樹脂層と、強化繊維を一方向に引き揃えた一方向引き揃え強化繊維で補強された樹脂層と、で形成されている穿孔加工に好適な繊維強化樹脂複合材が知られている(例えば、特許文献1参照)。

概要

切削加工加工性の向上をることができる積層板等を提供する。積層板1は、繊維と樹脂材とを含む複合材で形成される難削層11と、難削層11の表裏両面に積層され、難削層11の複合材よりも硬質となる硬質材で形成される一対の硬質層12と、を備える。各硬質層12は、炭素繊維樹脂とからなる複合材で形成されており、難削層11と一対の硬質層12とは、一体に成形される。また、難削層11に含まれる樹脂と、硬質層12に含まれる樹脂とは、同系樹脂であり、エポキシ系樹脂が用いられる。

目的

本発明は、切削加工の加工性の向上を図ることができる積層板及び積層板の加工方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

繊維と樹脂材とを含む複合材で形成される難削層と、前記難削層の表面及び裏面の少なくとも一方の面に積層され、前記複合材よりも硬質となる硬質材で形成される硬質層と、を備えることを特徴とする積層板

請求項2

前記難削層は、前記繊維として、ポリアリレート系繊維を含むことを特徴とする請求項1に記載の積層板。

請求項3

前記ポリアリレート系繊維は、ベクトラン登録商標)であることを特徴とする請求項2に記載の積層板。

請求項4

前記硬質層は、炭素繊維樹脂とからなる複合材で形成されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の積層板。

請求項5

前記硬質層が、複合材で形成される場合、前記難削層と前記硬質層とは、一体に成形されることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の積層板。

請求項6

前記難削層と前記硬質層との間に設けられ、前記難削層と前記硬質層とを接着する接着剤層を、さらに備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の積層板。

請求項7

前記硬質層が、複合材で形成される場合、前記難削層に含まれる樹脂と、前記硬質層に含まれる樹脂とは、同系樹脂であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の積層板。

請求項8

前記難削層は、積層方向に所定の間隔を空けて分散するように複数設けられることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の積層板。

請求項9

複数の前記難削層の前記繊維の繊維方向は、相互に交差するようにそれぞれ設けられることを特徴とする請求項8に記載の積層板。

請求項10

前記難削層及び前記硬質層は、積層方向の中心に対称となる構造に形成されていることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の積層板。

請求項11

繊維と樹脂材とを含む複合材で形成される難削層と、前記難削層の表面及び裏面の少なくとも一方の面に積層され、前記複合材よりも硬質となる硬質材で形成される硬質層と、を合わせた状態で、切削加工を行うことを特徴とする積層板の加工方法

技術分野

0001

本発明は、積層板及び積層板の加工方法に関するものである。

背景技術

0002

従来、複合材として、表面から順に、不織布で補強された樹脂層と、強化繊維を一方向に引き揃えた一方向引き揃え強化繊維で補強された樹脂層と、で形成されている穿孔加工に好適な繊維強化樹脂複合材が知られている(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0003

特開2004−338271号公報

発明が解決しようとする課題

0004

特許文献1では、表面側に不織布を用いた樹脂層を形成することで、切削工具品を用いて質の良い穿孔が可能となる。しかしながら、例えば、表面側に不織布以外の繊維を用いた樹脂層を形成する場合、特許文献1の構成では、切削加工を好適に行うことが困難となり、切削加工後の表面にデラミ等が形成される可能性がある。

0005

また、切削加工の加工対象となる複合材として、ポリアリレート系繊維を用いた複合材を用いる場合がある。ポリアリレート系繊維を用いた複合材は、高強度・高弾性な特性を有することから、加工をし難い難削材となっている。

0006

そこで、本発明は、切削加工の加工性の向上を図ることができる積層板及び積層板の加工方法を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明の積層板は、繊維と樹脂材とを含む複合材で形成される難削層と、前記難削層の表面及び裏面の少なくとも一方の面に積層され、前記複合材よりも硬質となる硬質材で形成される硬質層と、を備えることを特徴とする。

0008

また、前記難削層は、前記繊維として、ポリアリレート系繊維を含むことが、好ましい。

0009

この構成によれば、難削材となるポリアリレート系繊維を用いた複合材からなる難削層を、硬質層で押さえ込むことができるため、硬質層側から切削加工を行うことで、難削層におけるデラミの発生を抑制しつつ、難削層の切削加工を好適に行うことができる。また、硬質層は、難削層に比して硬質であることから、硬質層におけるデラミの発生を抑制できる。なお、硬質層は、難削層の表裏両面に形成されていてもよい。また、硬質材は、例えば、強化繊維複合材を用いる場合、炭素繊維強化プラスチック(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastic)またはガラス繊維強化プラスチックGFRP:Glass Fiber Reinforced Plastic)が用いられ、例えば、金属を用いる場合、アルミ合金が用いられる。

0010

また、前記ポリアリレート系繊維は、ベクトラン登録商標)であることが、好ましい。

0011

この構成によれば、ポリアリレート系繊維として、ベクトランを用いることで、高強度・高弾性を有する難削層とすることができるため、振動に対する減衰特性の向上を図ることができる。

0012

また、前記硬質層は、炭素繊維樹脂とからなる複合材で形成されることが、好ましい。

0013

この構成によれば、硬質層として、炭素繊維と樹脂とからなる複合材(CFRP)を用いることで、硬質層におけるデラミの発生を好適に抑制することができる。

0014

また、前記硬質層が、複合材で形成される場合、前記難削層と前記硬質層とは、一体に成形されることが、好ましい。

0015

この構成によれば、硬質層と難削層とを一体に成形することができるため、硬質層と難削層との間の接合を強固なものにすることができる。

0016

また、前記難削層と前記硬質層との間に設けられ、前記難削層と前記硬質層とを接着する接着剤層を、さらに備えることが、好ましい。

0017

この構成によれば、難削層と硬質層とを別々に成形した後、接着剤層により難削層と硬質層とを接着することができる。

0018

また、前記硬質層が、複合材で形成される場合、前記難削層に含まれる樹脂と、前記硬質層に含まれる樹脂とは、同系樹脂であることが、好ましい。

0019

この構成によれば、硬質層と難削層との樹脂を同系樹脂とすることで、熱硬化時における変形を抑制することができる。なお、樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂である。

0020

また、前記難削層は、積層方向に所定の間隔を空けて分散するように複数設けられることが、好ましい。

0021

この構成によれば、複数の難削層を積層方向に分散して配置することができるため、難削層と硬質層との層間の剛性差が大きくなることを抑制することができる。

0022

また、複数の前記難削層の前記繊維の繊維方向は、相互に交差するように設けられることが、好ましい。

0023

この構成によれば、複数の難削層の繊維方向を適宜異ならせることで、等方性または異方性の特性を調整することができる。なお、例えば、難削層が2層で構成される場合、複数の難削層における繊維方向を、所定の角度を基準として、±45°、±60°等となるように異ならせてもよい。

0024

また、前記難削層及び前記硬質層は、積層方向の中心に対称となる構造に形成されていることが、好ましい。

0025

この構成によれば、積層方向の中心に対称となる構造とすることで、熱硬化時における変形を抑制することができる。

0026

本発明の積層板の加工方法は、繊維と樹脂材とを含む複合材で形成される難削層と、前記難削層の表面及び裏面の少なくとも一方の面に積層され、前記複合材よりも硬質となる硬質材で形成される硬質層と、を合わせた状態で、切削加工を行うことを特徴とする。

0027

この構成によれば、難削層を、硬質層で押さえ込むことができるため、難削層におけるデラミの発生を抑制しつつ、難削層の切削加工を好適に行うことができる。また、硬質層は、難削層に比して硬質であることから、硬質層におけるデラミの発生を抑制できる。

図面の簡単な説明

0028

図1は、実施形態1に係る積層板の一例を示す断面図である。
図2は、実施形態1に係る積層板の加工方法を示す斜視図である。
図3は、実施形態1の変形例に係る積層板の一例を示す断面図である。
図4は、実施形態2に係る積層板の一例を示す断面図である。

実施例

0029

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

0030

[実施形態1]
実施形態1に係る積層板は、例えば、航空機構造体を形成するために用いられるものであり、具体的に、航空機の尾翼及び主翼を含む翼体スキン外板)等に用いられる。以下、図1及び図2を参照して、積層板及び積層板の加工方法について説明する。図1は、実施形態1に係る積層板の一例を示す断面図であり、図2は、実施形態1に係る積層板の加工方法を示す斜視図である。

0031

積層板1は、図1に示すように、難削層11と、難削層11の表裏両面に接合される一対の硬質層12とを備えている。この積層板1は、硬質層12側から切削加工が行われ、実施形態1では、積層板1の表裏両面から切削加工が可能なように、一対の硬質層12が、難削層11の表裏両面に設けられている。なお、実施形態1では、難削層11の表裏両面に一対の硬質層12を設けたが、表面または裏面のいずれか一方に設けてもよく、特に限定されない。

0032

難削層11は、ポリアリレート系繊維と樹脂とを含む複合材で形成されている。具体的に、ポリアリレート系繊維としては、例えば、ベクトラン(登録商標)が用いられ、樹脂としては、エポキシ系樹脂が用いられている。ベクトランを用いて形成される難削層11は、高強度・高弾性を有する層となる。難削層11は、1プライ(1層)で構成してもよいし、2プライ以上の複数層で構成してもよく、特に限定されない。また、実施形態1では、ポリアリレート系繊維を用いたが、高強度・高弾性を有する難削層11を形成可能な繊維であれば、いずれの繊維であってもよい。

0033

一対の硬質層12は、難削層11よりも硬質となる硬質材を用いて形成され、硬質材として、炭素繊維と樹脂とを含む複合材であるCFRPが用いられている。なお、実施形態1では、硬質層12をCFRPで形成したが、他の繊維強化プラスチックを用いてもよく、例えば、GFRPを用いてもよい。また、各硬質層12は、具体的に、樹脂として、エポキシ系樹脂が用いられており、難削層11に用いられる樹脂と同系樹脂となっている。

0034

そして、難削層11と一対の硬質層12とは、一体に成形されている。つまり、硬化前の樹脂を含浸させたポリアリレート系繊維の表裏両面に、硬化前の樹脂を含浸させた炭素繊維を配置して一体とする。そして、一体となった難削層11と一対の硬質層12とに対して、熱処理を行って、樹脂を熱硬化させて、積層板1を成形する。

0035

上記のように形成される積層板1は、その積層方向(厚み方向)の中心を通る中心線に対して、積層方向の表裏両側の構造が対称となるように形成されている。このため、樹脂の熱硬化時において、積層板1の表面側の変位と、積層板1の裏面側の変位とが同程度となることから、積層板1の変形を抑制できる。

0036

次に、図2を参照して、上記の積層板1に対して切削加工を行う加工方法について説明する。なお、図2では、積層板1に対して、穿孔加工を行う場合について説明する。積層板1の加工方法では、穿孔工具21を用いて、難削層11と一対の硬質層12とが合わさった積層板1に対して、硬質層12側の方から穿孔加工を行う。穿孔工具21は、先ず、表面側の硬質層12を切削し、この後、難削層11を切削した後、裏面側の硬質層12を切削することで、積層板1に貫通孔を穿孔する。

0037

以上のように、実施形態1によれば、難削材となるポリアリレート系繊維を用いた複合材からなる難削層11を、一対の硬質層12で両側から押さえ込むことができるため、硬質層12側から切削加工を行うことで、難削層11におけるデラミの発生を抑制しつつ、難削層11の切削加工を好適に行うことができる。また、硬質層12は、難削層11に比して硬質であることから、硬質層12におけるデラミの発生を抑制できる。このように、積層板1に対する切削加工の加工性の向上を図ることができる。

0038

また、実施形態1によれば、ポリアリレート系繊維として、ベクトランを用いることで、高強度・高弾性を有する難削層11とすることができるため、積層板1の振動に対する減衰特性の向上を図ることができる。

0039

また、実施形態1によれば、硬質層12として、炭素繊維と樹脂とからなる複合材(CFRP)を用いることにより、硬質層12におけるデラミの発生を好適に抑制することができる。

0040

また、実施形態1によれば、硬質層12と難削層11とを一体に成形することができるため、硬質層12と難削層11との間の接合を強固なものにすることができる。

0041

また、実施形態1によれば、硬質層12と難削層11との樹脂を同系樹脂とすることで、熱硬化時における変形を抑制することができる。

0042

また、実施形態1によれば、難削層11及び硬質層12を、積層方向の中心に対して、表裏両側の構造を対称の構造とすることで、積層板1の熱硬化時における変形を抑制することができる。

0043

なお、実施形態1では、難削層11及び硬質層12を一体に成形したが、図3に示す積層板1としてもよい。つまり、難削層11及び硬質層12を別々に成形し、成形後の難削層11と、成形後の硬質層12とを、接着剤層25を介して、貼り合わせてもよい。そして、貼り合わせた積層板1は、穿孔工具21によって穿孔加工される。加工後の積層板1は、硬質層12を剥がした後、難削層11を使用してもよいし、硬質層12と難削層11とを貼り合わせたまま使用してもよい。

0044

また、実施形態1では、硬質層12に用いられる硬質材として、繊維強化プラスチックを適用したが、例えば、アルミ合金等の金属材を適用してもよい。

0045

また、実施形態1では、切削加工として、穿孔加工を対象としたが、積層板1を切断する切断加工、また、積層板1を貫通しない切削加工、さらに、積層板1の側面をトリミングする切除加工であってもよく、切削加工であればいずれであってもよい。つまり、実施形態1では、積層板1に対して硬質層12側から切削加工を行う場合について説明したが、積層板1の側面から切削加工を行ってもよく、特に限定されない。

0046

[実施形態2]
次に、図4を参照して、実施形態2に係る積層板50について説明する。図4は、実施形態2に係る積層板の一例を示す断面図である。なお、実施形態2では、重複した記載を避けるべく、実施形態1と異なる部分について説明し、実施形態1と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。

0047

実施形態2の積層板50は、図4に示すように、複数の難削層11と、複数の硬質層12とを備えており、複数の硬質層12の間に複数の難削層11が配置されている。つまり、積層板50は、複数の難削層11が、複数の硬質層12の間に漉き込まれた構造となっている。

0048

複数の難削層11は、積層方向に所定の間隔を空けて複数(実施形態2では、例えば、2層)設けられることで、分散して配置されている。2層の難削層11は、そのポリアリレート系繊維の繊維方向が、相互に交差するように設けられている。具体的に、積層板50が適用される翼体の翼長方向を基準とすると、2層の難削層11は、±45°となるように、ポリアリレート系繊維の繊維方向を異ならせている。なお、2層の難削層11におけるポリアリレート系繊維の繊維方向は、上記に限定されず、±60°であってもよいし、±30°であってもよい。

0049

以上のように、実施形態2によれば、複数の難削層11を積層方向に分散して配置することで、難削層11と硬質層12との層間の剛性差が大きくなることを抑制することができる。また、複数の難削層11の繊維方向を適宜異ならせることで、積層板50の等方性または異方性の特性を調整することができる。つまり、翼体の構造に合わせて、積層板1の等方性または異方性の特性を調整することで、積層板50が有する振動の減衰特性を、翼体に適したものとすることができる。よって、積層板50は、翼体の振動を好適に抑制することができる。

0050

1積層板
11 難削層
12硬質層
21穿孔工具
25接着剤層
50 積層板(実施形態2)

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