JP3391467B2 - 炭素繊維複合物構造における接着性ボンドによるジョイント - Google Patents

炭素繊維複合物構造における接着性ボンドによるジョイント

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、炭素繊維（カーボンファイバ）複合物構
造もしくはその混成物（ハイブリッド）における粘着性
接着剤により作られた接合（ボンデングしたジョイン
ト）に関する。
炭素繊維複合物もしくはその混成物でいくつかの積層
（ラミネートもしくはパイル）を含むものは、以前には
アルミニウムや金属化合物が使われていたところに代っ
て、航空機構造用に次第に使用されることが増えてきて
いる。炭素繊維複合物構造一般に金属の相当物よりも強
度があり、固いものであるが、それでもなお金属部品の
雷撃許容度に及ばない。
航空機への落雷は大電流を生じ、それが一般には100,
000アンペアのオーダとなり得るのであり、航空機フレ
ームを通って流れる。炭素繊維複合物構造では、炭素繊
維パイルは非常に高抵抗の導体として作用し、この複合
材料内の樹脂は大容量性の誘電体として作用するので、
雷撃はそれを受けた炭素繊維複合物に層（プライ）構造
をまたいで電位差が増して行くが、電流を放電させるた
めの導電性経路がすぐに得られることにはならない。そ
こで電流は構造上の接合部に集中する傾向をとって、そ
こを破損させるようにとくに攻撃的となる。
金属のファスナを用いて炭素繊維複合物を接合させる
方法が知られており、また実際に、われわれの連合王国
特許出願9411006.1は化合物構造における金属ファスナ
の使用に関係して雷撃により発生した問題を記述し、こ
れらの問題を克服する方法を開示している。
炭素繊維複合物を接着性のボンデングによって構造部
材内に恒久的なジョイントを作ることが好ましいことが
よくある。こういったジョイントで接着剤を用いること
は、航空機の機体に落雷があったときに、既知の接着剤
では導電性が貧弱であり、雷撃電流を安全に流すことが
できないことが理由となって、破損を生じさせる可能性
がある。
航空機機体を流れる雷撃電流は接着性ボンドジョイン
トをまたいで電圧応力を生じさせることができる。もし
この応力がジョイントの誘電体強度を越えると絶縁破壊
を生じる。これはアーク放電とスパークとを生じさせ
て、そのジョイント著しく破損させる原因となり、また
もし燃料もしくは燃料の蒸気と接触していると爆発性の
燃料点火を生じさせる原因となる。
上述の理由について、雷撃の影響を受けることになり
そうな主構造におけるクリティカルジョイントは一般に
接着剤による接合をとっていない。接合されたジョイン
トが雷撃破損の危険にある場合には、一つの知られたや
り方として普通は固い金属のリベットの形をしたファス
ナを追加して設けることによりジョイントを保護するも
のがある。このような雷撃からのジョイントの保護はF.
A.Fisher,J.A.Plumer,R.A.Perala著Aircraft Lightning
Protection DOT/FAA/CT−89/22に論じられている。こ
の解決は燃料タンクの近くで使用されたときは不満足で
あり、その理由は雷撃電流が高導電率のファスナに集中
し、十分に大きな割合で消散できず、そのためにアーク
放電や危険なスパークが生じる可能性があり、スパー
ク、溶けた物質、及び高温ガスが燃料タンク内に注入さ
れる大きな危険をもたらすことによる。さらに加えて、
燃料タンクから離れた場所にあっても、多数のファスナ
を設置することは、製造工程に時間を加えることと機体
に重量を加えることとによる接着剤によるボンデングの
利点を譲歩することになる。
この発明は炭素繊維複合物構造において接着剤により
接合されたジョイントをまたいで流れる大電流の問題を
克服しようとするものであり、この構造には燃料に近い
ところのものが含まれ、しかも構造の完全性についての
譲歩をしなくてもよいようにする。
この発明の一つの特徴によると、炭素繊維もしくは炭
素繊維複合物構造内での大電流の伝達と制御のための構
造上のジョイント（接合）が与えられており、このジョ
イントの構成は： 少くとも２つの複合物構造であって、複数の樹脂で接着
した炭素繊維パイルを含むものと； それらの間に加えられかつ大電流が該ジョイントを通っ
てそこから立ち去ることができるような接着剤と； 該接着剤は炭素繊維を含む導電性キャリヤフィルムを有
し、それにより該接着剤は隣接する複合物構造と同等の
導電率を有するようにされている。
接着剤内の炭素繊維は軽い重さのスクリム（軽量綿
布）の形態をしているのがよい。
あるいは代って、接着剤内の炭素繊維は、裁断した
（チョップした）繊維の形態をしているのがよい。
導電性層が前記複合物構造の少くとも一つの外側表面
に組込まれているか、あるいは適用されるかすることが
できる。この導電性層は銅のストリップであるのがよ
い。導電性ファスナはこの導電性層と接続することがで
きる。
この発明の別な特徴によると、炭素繊維もしくは炭素
繊維混成複合物構造用のボンデングのための接着剤で大
電流を導くことができるものは炭素繊維を含む導電性キ
ャリヤ（担体）フィルムを備えている。
好都合なのは、接着剤の導電率がボンデングされるこ
とになる炭素繊維もしくは炭素繊維混成化合物構造の導
電率と同等であることである。
接着剤内の炭素繊維は軽いスクリムの形態をとるのが
好いし、それに代って、炭素繊維が裁断した繊維の形態
をとることができる。
この発明による別の特徴では、構造上のジョイントを
形成する方法であって、２以上の炭素繊維もしくは炭素
繊維混成化合物構造を与えることと、その間に接着剤を
適用することと、このジョイントを硬化処理することと
の段階を含み、そこでは該接着剤が炭素繊維を含む導電
性キャリヤフィルムを含んで隣接する複合物構造の導電
率と同等の導電率を有している。この接着剤は、もしあ
ったとしても、少量の金属充填物（フィラ）を含んでい
る。
この発明による構造上のジョイントは複合物構造が機
械的なファスナを必要とせずに一緒に接着剤によりボン
デングされるようにし、またこれまでのファスナによる
ジョイントに似たような強度特性を示して、高性能の、
抗落撃性のジョイントを必要とする応用にとって理想的
なものを作り上げている。
この発明による構造上のジョイントは導電率が炭素繊
維複合物の導電率と同程度の値を有していて、航空機の
雷撃保護において好都合であり、とくに、航空機の表皮
パネルを航空機のサブ構造（基礎）にボンデングする際
に好都合である。サブ構造の例は燃料タンクの壁であ
り、この場合にパネルとサブ構造とは炭素繊維複合物か
ら作られている。
この発明の実施例を添付の図面を参照して単に例とし
て説明して行く。
図１は炭素繊維複合物構造における接着剤でボンデング
したジョイントの断面図である。
図２は炭素繊維複合物構造における接着剤でボンデング
したジョイントの別の形態についての断面図である。
図３は炭素繊維複合物構造における接着剤でボンデング
したジョイントの別の形態についての断面図である。
図１を参照すると、構造的な粘着性のもの（アドヒー
シブ）３が示されていて、航空機構造の表皮パネル１が
燃料タンクの壁を含む内部のサブ構造２に固定されてい
る。表皮パネル１とサブ構造２との両方とも軽量で高強
度の炭素繊維化合物材料で作られていて、化合物材料の
中には50ないし60％の炭素繊維が入っている。アドヒー
シブ３はフィルムアドヒーシブであり、導電性炭素繊維
キャリヤフィルムを含んでいて、炭素繊維は一般に軽量
スクリムもしくは裁断した繊維の形態となっている。ア
ドヒーシブ３は導電率が複合物１及び２の導電率と同程
度である。理想的には、アドヒーシブ３内のカーボンフ
ァイバの百分率は一般に10ないし25％であり、またアド
ヒージ３は金属充填物を殆んどもしくは全く含まない。
上述の構造を成す構成に代るものが図２に示されてい
て、図１で使われたのと同じ参照番号が同種部品を示す
ために採用されており、違うものだけを記述する。
図２に示したジョイントでは、薄い銅のストリップ４
が表皮１の外側表面内に組込まれていて、ジョイントの
全長にわたって走っている。この銅のストリップ４は炭
素繊維複合物構造と電気的に接続がとれていて、雷撃電
流に対して選択的な低抵抗経路を作ることによりさらに
このジョイントの雷撃許容度を高めている。
図３は別な実施例を示し、ここでもまた図１と２とで
示したものと同種の部品を示すために同一の参照番号を
使用している。図３は構造を成す構成として機械的なフ
ァスナ５があり、ジョイントをまたいで置かれていて、
ここでは機械的ファスナ５が銅のストリップ４と接続が
とれている。この実施例ではジョイントをまたいだ電圧
応力を低減することによってジョイントの雷撃許容度を
さらに高めている。
この発明による構造上のジョイントは航空機の機体以
外の応用で使用できることが認識されよう。例えば、発
射用車輌やミサイルの構造で使用できるし、実際に落雷
やその他の高電圧にさらされることになるジョイントが
ある場合に応用ができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 プリドハム、バリー・ジョン イギリス国、ピーアール４・１エーエッ クス、ランカシャー、プレストン、ワー トン・エアロドローム、ブリティッシ ュ・エアロスペース・ミリタリー・エア クラフト・アンド・エアロストラクチャ ーズ内 (72)発明者 ダフィー、ロジャー・フィリップ イギリス国、ピーアール４・１エーエッ クス、ランカシャー、プレストン、ワー トン・エアロドローム、ブリティッシ ュ・エアロスペース・ミリタリー・エア クラフト・アンド・エアロストラクチャ ーズ内 (72)発明者 ジョーンズ、クリストファー・チャール ズ・ローリンソン イギリス国、ピーアール４・１エーエッ クス、ランカシャー、プレストン、ワー トン・エアロドローム、ブリティッシ ュ・エアロスペース・ミリタリー・エア クラフト・アンド・エアロストラクチャ ーズ内 (56)参考文献 米国特許3347978（ＵＳ，Ａ) 米国特許5845872（ＵＳ，Ａ) 米国特許4556439（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B64D 45/02 B29C 65/52 C09J 9/02

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】炭素繊維もしくは炭素繊維混成複合物構造
    内で大電流の伝達と制御をするための構造上のジョイン
    トであって、その構成は： 複数の樹脂でボンデングした炭素繊維パイルを含む少く
    とも２つの複合物構造（1,2）と、その間に適用され、
    接合を通りそこから遠ざかるよう大電流を導くことがで
    きるアドヒーシブ（３）と、 該アドヒーシブ（３）は炭素繊維を含む導体キャリヤフ
    イルムを含んで成り、 該アドヒーシブの導電率は隣接する複合物構造の導電率
    と同程度である構造上のジョイント。
  2. 【請求項２】前記アドヒーシブ（３）内の炭素繊維は軽
    量のスクリムの形態である請求項１記載の構造上のジョ
    イント。
  3. 【請求項３】前記アドヒーシブ（３）内の炭素繊維は裁
    断した繊維の形態である請求項１記載の構造上のジョイ
    ント。
  4. 【請求項４】導電性層（４）が前記複合物構造（1,2）
    の少くとも１つの中に組込まれているか、外側表面上に
    適用されている請求項１ないし３のいずれか１項記載の
    構造上のジョイント。
  5. 【請求項５】前記導電性層（４）が銅のストリップであ
    る請求項４記載の構造上のジョイント。
  6. 【請求項６】前記導電性層（４）に導体ファスナ（５）
    が接続している請求項４又は５記載の構造上のジョイン
    ト。
  7. 【請求項７】炭素繊維もしくは炭素繊維混成複合物構造
    をボンデングするためのアドヒーシブ（３）であって、
    大電流を導通することができ、このアドヒーシブの導電
    率は隣接する炭素繊維もしくは炭素繊維混成複合物構造
    の導電率と同程度であり、かつ炭素繊維を含む導体キャ
    リヤフィルムを備えているアドヒーシブ。
  8. 【請求項８】前記含まれている炭素繊維は軽量のスクリ
    ムの形態である請求項７記載のアドヒーシブ。
  9. 【請求項９】前記含まれている炭素繊維は裁断した繊維
    の形態である請求項７記載のアドヒーシブ。
  10. 【請求項１０】構造上のジョイントを形成する方法であ
    って、２以上の炭素繊維もしくは炭素繊維混成複合物構
    造（1,2）を用意する段階と、 その間にアドヒーシブ（３）を適用してそのジョイント
    を硬化処理する段階とで成り、該アドヒーシブは炭素繊
    維を含む導体キャリアフィルムを含み、かつ隣接する複
    合物構造（1,2）と同程度の導電率を有するものである
    構造上のジョイントを形成する方法。
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