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JP5137721B2 - Advanced grid structure with insert - Google Patents

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JP5137721B2 JP2008188580A JP2008188580A JP5137721B2 JP 5137721 B2 JP5137721 B2 JP 5137721B2 JP 2008188580 A JP2008188580 A JP 2008188580A JP 2008188580 A JP2008188580 A JP 2008188580A JP 5137721 B2 JP5137721 B2 JP 5137721B2
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Description

この発明は、金属よりも軽量で熱膨張係数の低い航空宇宙用の材料である炭素繊維強化プラスチックを用いる低熱膨張特性を備える、結合インサートを備える先進グリッド構造体に関するものである。   The present invention relates to an advanced grid structure with bonded inserts with low thermal expansion properties using carbon fiber reinforced plastics, which are lighter than metal and have a lower coefficient of thermal expansion.

近年、地球上の高解像度画像の需要の高まりに伴い、光学機器を搭載した小型衛星を低高度地球周回軌道に多数配備する計画が成されており、光学機器を搭載した小型衛星の開発が重要視されている。このような衛星には光学機器の観測精度を低下させないために熱的寸法安定性を備えた衛星構造体が要求される。
従来のアルミニウムを材質とする金属製の衛星構造体よりも、熱的寸法安定性に優れた衛星構造体として、炭素繊維強化プラスチックを材質とする衛星構造体が提案されている。その1つとして、複合3角形格子を有する衛星構造体があり、この複合三角形格子の衛星構造体は、炭素繊維強化プラスチックから構成される正三角形の格子群と、正三角形の節点に設けられた金属製のインサートとを複合することにより構成されている。
正三角形の格子群は、予め正三角形の節点位置に円筒形状の金属製のインサートを設置し、樹脂を含侵した炭素繊維の糸を、正三角形の格子群を形成するようにインサートに巻き付けていき、加圧下で加熱して成形する、いわゆるフィラメントワインディング成形法により形成されている。
また、金属製のインサートは、正三角形の格子群を加圧下で加熱して成形する際に、樹脂の硬化により正三角形の格子群と一体化された構成となっている。金属製のインサートは、円筒形状になっており、搭載機器の結合部とピンを用いて結合することができる。このようにして、搭載機器や他の構造体と結合するためのインサート構造を持った低熱膨張な構造体を実現している(例えば、特許文献1参照)。
In recent years, with the increasing demand for high-resolution images on the earth, there are plans to deploy a large number of small satellites equipped with optical equipment in low-orbit earth orbit, and the development of small satellites equipped with optical equipment is important. Is being viewed. Such a satellite is required to have a satellite structure having thermal dimensional stability in order not to deteriorate the observation accuracy of the optical equipment.
A satellite structure made of carbon fiber reinforced plastic has been proposed as a satellite structure having better thermal dimensional stability than a conventional metal satellite structure made of aluminum. One of them is a satellite structure having a composite triangular lattice. The satellite structure of the composite triangular lattice is provided in a group of equilateral triangles composed of carbon fiber reinforced plastic and nodes of equilateral triangles. It is configured by combining a metal insert.
In the equilateral triangle lattice group, a cylindrical metal insert is installed in advance at the node position of the equilateral triangle, and a carbon fiber thread impregnated with resin is wound around the insert so as to form an equilateral triangle lattice group. Then, it is formed by a so-called filament winding molding method in which molding is performed by heating under pressure.
Further, the metal insert is integrated with the equilateral triangle lattice group by curing the resin when the equilateral triangle lattice group is heated and molded under pressure. The metal insert has a cylindrical shape, and can be coupled using a coupling portion of the mounted device and a pin. In this way, a low thermal expansion structure having an insert structure for coupling with a mounted device or another structure is realized (for example, see Patent Document 1).

米国特許第4137354号明細書U.S. Pat. No. 4,137,354

しかし、上述のインサート構造を持った低熱膨張な構造体は、正三角形の格子群の正三角形の節点位置に予め設置した金属製のインサートに樹脂を含侵した糸を巻きつけ、加圧下で加熱して成形しているため、インサートの引き抜き強度は樹脂の硬化による接着強度であり、40MPa程度の低い引張強度となってしまう。
また、上述のインサート構造を持った低熱膨張な構造体では、炭素繊維強化プラスチックから構成される構造体の熱膨張係数が−3.0ppm/Kから3.0ppm/K程度であるのに対して、アルミニウムやチタンのような金属から構成されるインサートの熱膨張係数が10.0ppm/Kから23.0ppm/Kであるため、構造体を加圧下で加熱して成形した後に成形温度から冷却する過程で、構造体とインサートとの間の熱膨張係数の差に起因する熱応力差により、インサートの引き抜き強度が低下してしまう。
However, the low thermal expansion structure with the above-mentioned insert structure is wound under a pressure by pressurizing a metal-impregnated thread around a metal insert placed in advance at the node position of the equilateral triangle of the equilateral triangle lattice group. Therefore, the pull-out strength of the insert is an adhesive strength due to curing of the resin, and has a low tensile strength of about 40 MPa.
Moreover, in the low thermal expansion structure having the above-described insert structure, the thermal expansion coefficient of the structure composed of the carbon fiber reinforced plastic is about −3.0 ppm / K to 3.0 ppm / K. Since the thermal expansion coefficient of an insert made of a metal such as aluminum or titanium is 10.0 ppm / K to 23.0 ppm / K, the structure is heated and molded under pressure, and then cooled from the molding temperature. In the process, the pull-out strength of the insert is reduced due to the difference in thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the structure and the insert.

この発明の目的は、高い引き抜き強度を持つインサート構造を備える、低熱膨張特性を有する先進グリッド構造体を提供することである。   An object of the present invention is to provide an advanced grid structure having a low thermal expansion characteristic, including an insert structure having a high pull-out strength.

この発明に係るインサート付先進グリッド構造体は、第一の方向に等間隔に並べられた炭素繊維が長尺方向に配向された第一のテーププリプレグ群、上記第一の方向に対して反時計方向に60度傾斜した第二の方向に等間隔に並べられた炭素繊維が長尺方向に配向された第二のテーププリプレグ群、および上記第一の方向に対して時計方向に60度傾斜した第三の方向に等間隔に並べられた炭素繊維が長尺方向に配向された第三のテーププリプレグ群が、互いに2つのテーププリプレグ群が重なり且つ3つのテーププリプレグ群が同じ位置で重ならないようにそれぞれ順に積層されるとともに、上記第一のテーププリプレグ、上記第二のテーププリプレグおよび上記第三のテーププリプレグから構成される正三角形領域からテーププリプレグの交差領域を除いた集合領域の形状で、上記第一の方向に炭素繊維が一方向に配向された第一のプリプレグシート群、上記第一の方向に対して反時計方向に60度傾斜した第二の方向に炭素繊維が一方向に配向された第二のプリプレグシート群、および上記第一の方向に対して時計方向に60度傾斜した第三の方向に炭素繊維が一方向に配向された第三のプリプレグシート群が上記集合領域にそれぞれ順に積層されて加圧下で加熱されることにより成形され、且つ3つのグリッドサイド群によって囲まれたインサート部材に穴加工されたインサート付先進グリッド構造体において、上記第一のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第一のグリッドサイド群、上記第二のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第二のグリッドサイド群、および上記第三のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第三のグリッドサイド群の中で、上記第二のグリッドサイド群と上記第三のグリッドサイド群とが交差する領域の中心点と当該交差する領域に最近接の上記第二のグリッドサイド群と上記第三のグリッドサイド群とが交差する領域の中心点との間隔でグリッドサイド幅を除算して得られる構造比が0より大きく且つ0.089以下であるとともに、3つのグリッドサイド群によって囲まれた上記インサート部材が炭素繊維強化プラスチック構造であることにより、熱膨張係数が−0.9ppm/K以上且つ0.9ppm/K以下である。

The advanced grid structure with an insert according to the present invention includes a first tape prepreg group in which carbon fibers arranged at equal intervals in a first direction are oriented in a longitudinal direction, and a counterclockwise with respect to the first direction. A second tape prepreg group in which carbon fibers arranged at equal intervals in a second direction inclined 60 degrees in the direction are oriented in the longitudinal direction, and inclined 60 degrees clockwise with respect to the first direction. In the third tape prepreg group in which carbon fibers arranged at equal intervals in the third direction are oriented in the longitudinal direction, two tape prepreg groups overlap each other and three tape prepreg groups do not overlap at the same position. The tape prepreg is formed from an equilateral triangular area composed of the first tape prepreg, the second tape prepreg, and the third tape prepreg. The first prepreg sheet group in which the carbon fibers are oriented in one direction in the first direction in the shape of the gathering region excluding the intersecting region, the first tilted 60 degrees counterclockwise with respect to the first direction The second prepreg sheet group in which the carbon fibers are oriented in one direction in two directions, and the carbon fibers are oriented in one direction in a third direction inclined 60 degrees clockwise with respect to the first direction. An advanced grid structure with an insert, in which a third prepreg sheet group is sequentially laminated in the gathering region and formed by heating under pressure, and is drilled in an insert member surrounded by three grid side groups. In the first tape prepreg group, the first grid side group constituting one side of the grid group and the same direction as the second tape prepreg group. Among the second grid side group that constitutes one side of the grid group, and the third grid side group that is in the same direction as the third tape prepreg group and constitutes one side of the grid group, the second grid side group A center point of an area where the grid side group and the third grid side group intersect and an area where the second grid side group and the third grid side group closest to the intersecting area intersect. The structure ratio obtained by dividing the grid side width by the distance from the center point is greater than 0 and 0.089 or less , and the insert member surrounded by the three grid side groups is a carbon fiber reinforced plastic structure. Accordingly, the thermal expansion coefficient is −0.9 ppm / K or more and 0.9 ppm / K or less.

この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体は、炭素繊維が一方向に配向されるグリッドサイドを等間隔に並べる3つのグリッドサイド群を有し、3つのグリッドサイド群のうちの第一のグリッドサイド群を基準に残りの第二のグリッドサイド群と第三のグリッドサイド群がそれぞれ時計方向と反時計方向に60度傾斜して交わるため、グリッドサイド群の交差しない部分である炭素繊維が一方向にだけ積層された部分と、グリッドサイド群が交差する交差領域部分とから構成され、グリッドサイド群の交差しない部分である炭素繊維が一方向にだけ積層された部分とグリッドサイド群が交差する交差領域部分との割合を構造比で調整することによって低熱膨張特性を有する先進グリッド構造体において、三つのグリッドサイド群が互いに交差する領域が互いに近傍に存在することで、3つのグリッドサイド群から構成される正三角形グリッド群が、炭素繊維を擬似等方に積層した炭素繊維強化プラスチック構造に近い特性を有する構造となるため、その正三角形グリッド群に、炭素繊維を擬似等方に積層した炭素繊維強化プラスチック構造のインサートを一部埋め込んで一体成形することで、高い引き抜き強度且つ低残留熱応力特性を持つインサート構造且つ低熱膨張特性を有するという効果を奏する。   The advanced grid structure with an insert according to Embodiment 1 of the present invention has three grid side groups in which the grid sides on which the carbon fibers are oriented in one direction are arranged at equal intervals. Since the remaining second grid side group and the third grid side group intersect with each other with an inclination of 60 degrees clockwise and counterclockwise with respect to the first grid side group, the grid side groups do not intersect each other. The part where the carbon fiber is laminated only in one direction and the intersection region part where the grid side group intersects, and the part where the carbon fiber which is not intersecting the grid side group is laminated only in one direction and the grid side In an advanced grid structure having low thermal expansion characteristics by adjusting the ratio of the intersecting region part where the group intersects with the structure ratio, three grids The equilateral triangle grid group composed of three grid side groups has characteristics close to a carbon fiber reinforced plastic structure in which carbon fibers are laminated in a quasi-isotropic manner because regions where the id groups intersect with each other exist in the vicinity. Because it has a structure, it has high pull-out strength and low residual thermal stress characteristics by embedding a part of carbon fiber reinforced plastic structure with carbon fiber quasi-isotropically laminated in the equilateral triangle grid group and integrally molding it. The effect is that it has an insert structure and low thermal expansion characteristics.

実施の形態1.
以下の説明において用いる語彙について説明する。「グリッドサイド」とは、後で詳細に説明するが先進グリッド構造体に含まれる正三角形グリッドおよび六角形グリッドの辺を構成するものを意味する。「テーププリプレグ」とは、まとめられた複数本の炭素繊維に樹脂を含浸させて作製された半硬化状態のテープ状のものである。
Embodiment 1 FIG.
The vocabulary used in the following description will be described. “Grid side” means what constitutes the sides of an equilateral triangular grid and a hexagonal grid included in the advanced grid structure, which will be described in detail later. The “tape prepreg” is a semi-cured tape-like product produced by impregnating a resin into a plurality of collected carbon fibers.

図1は、この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体において、先進グリッド構造体を製造するためのテーププリプレグの平面図である。
この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体の製造方法について説明する。先に先進グリッド構造体の製造方法を説明し、その後にインサート構造の製造方法について説明する。
東レ株式会社製トレカ(登録商標)糸T800HBとエポキシ樹脂原料を用いて、長尺方向に炭素繊維が配向された帯状のテーププリプレグを用意する。
そして、図1(a)に示すような炭素繊維が基準辺13に平行に配向された0度方向炭素繊維テーププリプレグ14、図1(b)に示すような炭素繊維が基準辺15に対して反時計方向に60度傾斜するように配向された+60度方向炭素繊維テーププリプレグ16、図1(c)に示すような炭素繊維が基準辺17に対して時計方向に60度傾斜するように配向された−60度方向炭素繊維テーププリプレグ18を、順に複数回にわたって積層しテーププリプレグの積層体を製造する。
1 is a plan view of a tape prepreg for manufacturing an advanced grid structure in an advanced grid structure with an insert according to Embodiment 1 of the present invention.
A method for manufacturing the advanced grid structure with insert according to Embodiment 1 of the present invention will be described. First, a method for manufacturing the advanced grid structure will be described, and then a method for manufacturing the insert structure will be described.
A belt-shaped tape prepreg in which carbon fibers are oriented in the longitudinal direction is prepared using Toray Industries, Inc. Torayca (registered trademark) yarn T800HB and an epoxy resin raw material.
A carbon fiber tape prepreg 14 in which the carbon fibers as shown in FIG. 1A are oriented parallel to the reference side 13 and the carbon fibers as shown in FIG. A +60 degree carbon fiber tape prepreg 16 oriented to tilt 60 degrees counterclockwise, and a carbon fiber as shown in FIG. 1C oriented so that it tilts 60 degrees clockwise relative to the reference side 17. The -60 degree direction carbon fiber tape prepregs 18 are sequentially laminated a plurality of times to produce a laminate of tape prepregs.

テーププリプレグの積層体は、図2(a)に示すような0度方向炭素繊維テーププリプレグ14、+60度方向炭素繊維テーププリプレグ16、および−60度方向炭素繊維テーププリプレグ18によって形成された正三角形領域19を有する。そして、正三角形領域19には、第一の交差領域8、第二の交差領域9、第三の交差領域10、および第一の交差領域8、第二の交差領域9および第三の交差領域10を除いた集合領域20を有する。図2(a)の斜線でハッチングされた集合領域20には、正三角形グリッドに重なる3つの台形領域と3つの台形領域の上辺に3辺が連なる正三角形領域を有する。   The laminate of tape prepregs is an equilateral triangle formed by a 0 degree direction carbon fiber tape prepreg 14, a +60 degree direction carbon fiber tape prepreg 16, and a −60 degree direction carbon fiber tape prepreg 18 as shown in FIG. It has a region 19. The equilateral triangle area 19 includes a first intersection area 8, a second intersection area 9, a third intersection area 10, and a first intersection area 8, a second intersection area 9, and a third intersection area. It has a collection area 20 excluding 10. The collective region 20 hatched with diagonal lines in FIG. 2A has three trapezoid regions that overlap the equilateral triangle grid, and an equilateral triangle region in which three sides are connected to the upper side of the three trapezoid regions.

図2は、この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体において、インサート構造を製造するためのプリプレグの平面図である。
東レ株式会社製トレカ(登録商標)糸T800HBとエポキシ樹脂原料を用いて、集合領域20の正三角形領域の各辺に平行な方向に炭素繊維が配向された集合領域20の形状と外形が同じプリプレグを用意する。
そして、テーププリプレグの積層体の集合領域に重なるように、図2(b)に示すような炭素繊維が基準辺21に平行に配向された0度方向炭素繊維プリプレグ22、図2(c)に示すような炭素繊維が基準辺23に対して反時計方向に60度傾斜するように配向された+60度方向炭素繊維プリプレグ24、図2(d)に示すような炭素繊維が基準辺25に対して時計方向に60度傾斜するように配向された−60度方向炭素繊維プリプレグ26を順に、0度方向炭素繊維テーププリプレグ14、+60度方向炭素繊維テーププリプレグ16、および−60度方向炭素繊維テーププリプレグ18の積層によって形成された集合領域20に、3つのテーププリプレグの積層と交互に複数回にわたって積層する。
FIG. 2 is a plan view of a prepreg for manufacturing the insert structure in the advanced grid structure with an insert according to the first embodiment of the present invention.
A prepreg having the same shape and outer shape of the aggregate region 20 in which carbon fibers are oriented in a direction parallel to each side of the equilateral triangle region of the aggregate region 20 using Toray Industries, Inc. trading card (registered trademark) yarn T800HB and an epoxy resin raw material Prepare.
Then, the 0 degree direction carbon fiber prepreg 22 in which the carbon fibers as shown in FIG. 2B are oriented in parallel to the reference side 21 so as to overlap the assembly region of the laminated body of the tape prepregs is shown in FIG. A carbon fiber prepreg 24 having a +60 degree direction oriented so that the carbon fiber as shown inclines 60 degrees counterclockwise with respect to the reference side 23, and the carbon fiber as shown in FIG. -60 degree direction carbon fiber prepreg 26 oriented so as to incline 60 degrees clockwise, in turn, 0 degree direction carbon fiber tape prepreg 14, +60 degree direction carbon fiber tape prepreg 16, and -60 degree direction carbon fiber prepreg The assembly region 20 formed by the lamination of the prepregs 18 is laminated a plurality of times alternately with the lamination of the three tape prepregs.

ただし、0度方向炭素繊維プリプレグ22、+60度方向炭素繊維プリプレグ24、および−60度方向炭素繊維プリプレグ26の積層数の最大値は、0度方向炭素繊維テーププリプレグ14、+60度方向炭素繊維テーププリプレグ16、および−60度方向炭素繊維テーププリプレグ18の積層数であり、重量の観点から、許容設計強度を満たす範囲内で可能な限り積層数を少なくすることが望ましい。   However, the maximum number of laminations of the 0 degree direction carbon fiber prepreg 22, the +60 degree direction carbon fiber prepreg 24, and the -60 degree direction carbon fiber prepreg 26 is the 0 degree direction carbon fiber tape prepreg 14 and the +60 degree direction carbon fiber prepreg. It is the number of layers of the prepreg 16 and the -60 degree carbon fiber tape prepreg 18, and from the viewpoint of weight, it is desirable to reduce the number of layers as much as possible within the range satisfying the allowable design strength.

次に、積層したプリプレグを加圧下で加熱して成形する方法について説明する。
図3は、この発明の実施の形態1に係る先進グリッド構造体にインサート構造を形成する様子を説明するための図である。図3は、テーププリプレグにプリプレグを積層した後での図2(a)のA−A断面と同じ断面での断面図である。
成形板28上に所定の枚数のテーププリプレグを積層する。そして、正三角形領域19のうちテーププリプレグが積層された領域以外の領域の形状を断面とする三角柱のシリコーンゴム27をテーププリプレグが積層された領域以外の領域に挿入する。
次に、0度方向炭素繊維プリプレグ22をテーププリプレグが積層された上に積層する。次に、その上にテーププリプレグを積層し、その上に、+60度方向炭素繊維プリプレグ24を積層する。さらに、その上にテーププリプレグを積層し、その上に、−60度方向炭素繊維プリプレグ26を積層する。次に、その上にテーププリプレグを積層し、最も上に成形板28を載せる。なお、図3(a)では0度方向炭素繊維プリプレグ22、+60度方向炭素繊維プリプレグ24、および−60度方向炭素繊維プリプレグ26の積層数は1ずつであるが、複数の積層数であっても良く、その場合、上述のような積層を繰り返せば良い。
Next, a method for forming the laminated prepreg by heating under pressure will be described.
FIG. 3 is a view for explaining a state in which an insert structure is formed in the advanced grid structure according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of the same cross section as the AA cross section of FIG. 2A after the prepreg is laminated on the tape prepreg.
A predetermined number of tape prepregs are laminated on the molding plate 28. Then, a triangular-shaped silicone rubber 27 having a cross section of the shape of a region other than the region where the tape prepreg is laminated in the regular triangle region 19 is inserted into a region other than the region where the tape prepreg is laminated.
Next, the 0 degree direction carbon fiber prepreg 22 is laminated on the tape prepreg laminated. Next, a tape prepreg is laminated thereon, and a +60 degree direction carbon fiber prepreg 24 is laminated thereon. Further, a tape prepreg is laminated thereon, and a −60 degree carbon fiber prepreg 26 is laminated thereon. Next, a tape prepreg is laminated thereon, and the molding plate 28 is placed on the top. In FIG. 3A, the number of laminated layers of the 0 degree direction carbon fiber prepreg 22, the +60 degree direction carbon fiber prepreg 24, and the -60 degree direction carbon fiber prepreg 26 is one, but the number of laminated layers is one. In that case, the above-described lamination may be repeated.

次に、このように上下から成形板28で挟み込まれた積層体を、加圧下で加熱してインサート付先進グリッド構造体を成形する。このとき、成形時の温度は180度とし、成形圧力は300kPaとした。
このように加圧下で加熱すると、図3(b)に示すように、プリプレグは成形圧力とシリコーンゴム27の膨張により加圧され、図3(c)のように熱硬化成形された。
Next, the laminate sandwiched between the molding plates 28 from above and below is heated under pressure to form an advanced grid structure with inserts. At this time, the molding temperature was 180 ° C. and the molding pressure was 300 kPa.
When heated under pressure in this way, as shown in FIG. 3 (b), the prepreg was pressurized by the molding pressure and the expansion of the silicone rubber 27, and was thermoset as shown in FIG. 3 (c).

なお、0度方向炭素繊維テーププリプレグ14が複数並べられたものを第一のテーププリプレグ群、+60度方向炭素繊維テーププリプレグ16が複数並べられたものを第二のテーププリプレグ群、−60度方向炭素繊維テーププリプレグ18が複数並べられたものを第三のテーププリプレグ群と称す。
また、0度方向炭素繊維プリプレグ22が複数並べられたものを第一のプリプレグ群、+60度方向炭素繊維プリプレグ24が複数並べられたものを第二のプリプレグ群、−60度方向炭素繊維プリプレグ26が複数並べられたものを第三のプリプレグ群と称す。
A plurality of 0 degree direction carbon fiber tape prepregs 14 arranged in the first tape prepreg group, and a plurality of +60 degree direction carbon fiber tape prepregs 16 arranged in the second tape prepreg group, −60 degrees direction. A group in which a plurality of carbon fiber tape prepregs 18 are arranged is referred to as a third tape prepreg group.
Also, a plurality of 0 degree direction carbon fiber prepregs 22 arranged in the first prepreg group, a plurality of +60 degree direction carbon fiber prepregs 24 arranged in the second prepreg group, and a −60 degree direction carbon fiber prepreg 26 are arranged. Is a third prepreg group.

このとき、第一のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第一のグリッドサイド群、第二のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第二のグリッドサイド群、および第三のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第三のグリッドサイド群の中で、第一のグリッドサイド群、第二のグリッドサイド群、および第三のグリッドサイド群が互いに交差する領域が互いに近傍に存在することで、3つのグリッドサイド群から構成される正三角形グリッド群が、炭素繊維を擬似等方積層した炭素繊維強化プラスチック構造に近い特性を有することを発見し、その正三角形グリッド群に、炭素繊維を擬似等方積層した炭素繊維強化プラスチック構造のインサートを一部埋め込んで一体成形することで高い引き抜き強度を持つインサート構造を有し、且つ低熱膨張特性を有する先進グリッド構造と同等の低熱膨張特性を有する構造とした。   At this time, a first grid side group that is in the same direction as the first tape prepreg group and constitutes one side of the grid group, and a second grid that is in the same direction as the second tape prepreg group and constitutes one side of the grid group Among the grid side groups, and the third grid side group that is in the same direction as the third tape prepreg group and constitutes one side of the grid group, the first grid side group, the second grid side group, and Since the regions where the third grid side groups intersect each other exist in the vicinity of each other, the equilateral triangular grid group composed of the three grid side groups is close to the carbon fiber reinforced plastic structure in which the carbon fibers are quasi-isotropically laminated. The carbon fiber reinforced plastic structure in which carbon fibers are quasi-isotropically laminated is found in the equilateral triangle grid group. Having an insert structure with a high pull-out strength by integrally molded embed partially over bets, and a structure having a low thermal expansion properties comparable to advanced grid structure and having a low thermal expansion properties.

図4は、この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体の正面図である。
この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体は、炭素繊維に樹脂を含侵させた後に半硬化させて作ったプリプレグを使用し、長尺方向に向くように炭素繊維を配向させて繊維強化されたエポキシ樹脂のプリプレグからなる帯状のテーププリプレグおよびテーププリプレグの交差領域付近に炭素繊維を配向させて繊維強化されたエポキシ樹脂のプリプレグを積層し、加圧下で加熱することにより成形したトラス構造である。炭素繊維としては、高強度系であり、引張弾性率が250GPa以上且つ350GPa以下の東レ株式会社製トレカ(登録商標)糸T800HBを用いている。
FIG. 4 is a front view of the advanced grid structure with insert according to Embodiment 1 of the present invention.
The advanced grid structure with insert according to Embodiment 1 of the present invention uses a prepreg made by impregnating carbon fiber with a resin and then semi-cured, and orients the carbon fiber so as to face in the longitudinal direction. A strip-shaped tape prepreg composed of a prepreg of an epoxy resin reinforced with fiber and a prepreg of a fiber reinforced epoxy resin with carbon fibers oriented in the vicinity of the intersecting region of the tape prepreg and molded by heating under pressure Truss structure. As the carbon fiber, TORAYCA (registered trademark) yarn T800HB manufactured by Toray Industries, Inc., which is a high-strength type and has a tensile elastic modulus of 250 GPa or more and 350 GPa or less, is used.

この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体は、図4の図面上では長さ方向が紙面の上下方向に向き、長さ方向に直交する第一の方向に等間隔に並列に並べられた複数のグリッドサイド(以下、「0度方向グリッドサイド」と称す)1、0度方向グリッドサイド1に対して反時計方向に60度傾斜して交わるとともに等間隔に並列に並べられた複数のグリッドサイド(以下、「+60度方向グリッドサイド」と称す)2、0度方向グリッドサイド1に対して時計方向に60度傾斜して交わるとともに等間隔に並列に並べられた複数のグリッドサイド(以下、「−60度方向グリッドサイド」と称す)3を備える。
なお、複数の0度方向グリッドサイド1を第一のグリッドサイド群、複数の+60度方向グリッドサイド2を第二のグリッドサイド群、複数の−60度方向グリッドサイド3を第三のグリッドサイド群と称す。
The advanced grid structure with an insert according to the first embodiment of the present invention has a length direction in the vertical direction of the drawing on the drawing of FIG. 4 and is arranged in parallel at equal intervals in a first direction orthogonal to the length direction. A plurality of arranged grid sides (hereinafter referred to as “0 degree direction grid sides”) 1 intersect with each other at an angle of 60 degrees counterclockwise with respect to the 0 degree direction grid side 1 and arranged in parallel at equal intervals. A plurality of grid sides (hereinafter referred to as “+60 degree direction grid sides”) 2, a plurality of grid sides that intersect at an angle of 60 degrees with respect to the 0 degree direction grid side 1 and are arranged in parallel at equal intervals. (Hereinafter referred to as “−60 degree direction grid side”) 3.
The plurality of 0 degree direction grid sides 1 are the first grid side group, the plurality of +60 degree direction grid sides 2 are the second grid side group, and the plurality of −60 degree direction grid sides 3 are the third grid side group. Called.

この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体では、0度方向グリッドサイド1、+60度方向グリッドサイド2、−60度方向グリッドサイド3により正三角形状のグリッド4および六角形状のグリッド5が形成されている。
この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体では、炭素繊維が0度方向、+60度方向、−60度方向に配向積層された擬似等方積層構造であるインサート部材6が、正三角形のグリッド4に一部埋め込み一体成形されている。また、インサート部材6はインサート穴7を有している。
In the advanced grid structure with an insert according to the first embodiment of the present invention, a regular triangular grid 4 and a hexagonal grid are formed by the 0 degree direction grid side 1, the +60 degree direction grid side 2, and the -60 degree direction grid side 3. 5 is formed.
In the advanced grid structure with an insert according to the first embodiment of the present invention, the insert member 6 having a pseudo isotropic laminated structure in which carbon fibers are oriented and laminated in the 0 degree direction, the +60 degree direction, and the -60 degree direction has the positive A part of the triangular grid 4 is integrally embedded. The insert member 6 has an insert hole 7.

図5は、この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体の1つのインサート部材6を含む拡大図である。図5(a)に示される拡大図は、機器および他の構造体との結合面側の図である。図5(b)に示される拡大図は、機器および他の構造体との結合面と反対側の図である。
0度方向グリッドサイド1は、図5に示すように、それぞれ+60度方向グリッドサイド2および−60度方向グリッドサイド3に第一の交差領域8と第二の交差領域9とで交わっている。+60度方向グリッドサイド2は、−60度方向グリッドサイド3と第三の交差領域10で交わっている。これらの交差領域8、9、10が互いに近傍に存在することで、正三角形のグリッド4が炭素繊維を擬似等方に積層した構造に近い特性を持つことを発見した。なお、第三の交差領域10は菱形であり、菱形2本の対角線が交わる中心点を節点12と称す。また、交差領域8、9間の距離11の最大値は、節点12間の距離の半値である。
FIG. 5 is an enlarged view including one insert member 6 of the advanced grid structure with insert according to Embodiment 1 of the present invention. The enlarged view shown in FIG. 5A is a view on the side of the coupling surface with the device and another structure. The enlarged view shown in FIG. 5B is a view on the side opposite to the coupling surface with the device and other structures.
As shown in FIG. 5, the 0 degree direction grid side 1 intersects the +60 degree direction grid side 2 and the −60 degree direction grid side 3 in the first intersection area 8 and the second intersection area 9, respectively. The +60 degree direction grid side 2 intersects the −60 degree direction grid side 3 in the third intersection region 10. It has been found that the presence of these intersecting regions 8, 9, and 10 in the vicinity of each other makes the equilateral triangular grid 4 have characteristics close to a structure in which carbon fibers are laminated in a pseudo isotropic manner. The third intersecting region 10 is a rhombus, and a center point where two diagonal lines of the rhombus intersect is referred to as a node 12. Further, the maximum value of the distance 11 between the intersecting regions 8 and 9 is a half value of the distance between the nodes 12.

インサート穴7を備えた炭素繊維を擬似等方に積層した構造であるインサート部材6が、0度方向グリッドサイド1、+60度方向グリッドサイド2、および−60度方向グリッドサイド3に一部埋め込まれて、正三角形のグリッド4に一体成形されている。このとき、インサート部材6と正三角形のグリッド4との界面を横切るように、炭素繊維が連続的に存在しているため、このインサート構造は高い引き抜き強度を持っている。また、インサート部材6と正三角形のグリッド4とは、ほぼ同等の熱膨張係数を持つことから、成形時の熱応力差により、引き抜き強度が低下することもない。   An insert member 6 having a structure in which carbon fibers provided with insert holes 7 are laminated in a pseudo isotropic manner is partially embedded in a 0 degree direction grid side 1, a +60 degree direction grid side 2, and a -60 degree direction grid side 3. Thus, it is integrally formed with a regular triangular grid 4. At this time, since the carbon fiber continuously exists so as to cross the interface between the insert member 6 and the equilateral triangle grid 4, the insert structure has a high pulling strength. Further, since the insert member 6 and the equilateral triangular grid 4 have substantially the same thermal expansion coefficient, the pullout strength is not lowered due to the thermal stress difference during molding.

図6は、この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体の正三角形状のグリッド4と六角形状のグリッド5を含む拡大図である。
ここで、正三角形形状のグリッド4と六角形状のグリッド5を有するインサート付先進グリッド構造体の構造を表す2つの因子を導入し、因子と正三角形状のグリッド4の熱膨張係数、および因子とインサート付先進グリッド構造体の熱膨張係数との関係を求める。
導入する一つの因子は、グリッドサイドの幅Wを節点12間の距離Lで除算して得られる商であり、構造比と称す。
また、導入するもう一つの因子は、グリッドサイドが交差する交差領域間の距離aである。ただし、このときの距離aは0以上且つL/2以下である。
FIG. 6 is an enlarged view including a regular triangular grid 4 and a hexagonal grid 5 of the advanced grid structure with insert according to the first embodiment of the present invention.
Here, two factors representing the structure of an advanced grid structure with an insert having an equilateral triangular grid 4 and a hexagonal grid 5 are introduced, and the thermal expansion coefficient of the equilateral triangular grid 4 and the factors The relationship with the thermal expansion coefficient of the advanced grid structure with inserts is obtained.
One factor to be introduced is a quotient obtained by dividing the grid-side width W by the distance L between the nodes 12 and is referred to as a structural ratio.
Another factor to be introduced is the distance a between the intersecting regions where the grid sides intersect. However, the distance a at this time is not less than 0 and not more than L / 2.

図7は、正三角形状のグリッドおよびインサート付先進グリッド構造体の熱膨張係数の測定装置を示す断面図である。
次に、正三角形状のグリッドおよびインサート付先進グリッド構造体の熱膨張係数の計測について説明する。
正三角形状のグリッド4およびインサート付先進グリッド構造体の熱膨張係数の計測では、まず、測定サンプル29であるインサート付先進グリッド構造体をサンプル支持台30の上に載せ、恒温槽31内に固定する。
次に、恒温槽31内の温度をコントロールして測定サンプル29の温度を変化させつつ、測定サンプル29の両端部および正三角形状のグリッド部に接着したレーザ反射鏡32にレーザフォーカス変位計33からレーザを照射し、反射光を受光して、加熱による測定サンプル29の変位量を測定し、熱膨張係数を算出する。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an apparatus for measuring the coefficient of thermal expansion of an equilateral triangular grid and an advanced grid structure with an insert.
Next, measurement of the thermal expansion coefficient of an equilateral triangular grid and an advanced grid structure with an insert will be described.
In the measurement of the thermal expansion coefficient of the equilateral triangular grid 4 and the advanced grid structure with insert, first, the advanced grid structure with insert as the measurement sample 29 is placed on the sample support 30 and fixed in the thermostat 31. To do.
Next, while controlling the temperature in the thermostatic chamber 31 to change the temperature of the measurement sample 29, the laser reflecting displacement meter 33 applies the laser reflecting mirror 32 adhered to both ends of the measurement sample 29 and the equilateral triangular grid portion. The laser is irradiated, the reflected light is received, the amount of displacement of the measurement sample 29 due to heating is measured, and the thermal expansion coefficient is calculated.

この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体のグリッドサイドが交差する交差領域間の距離aは27mmである。また、節点12間の距離Lは105mmであり、グリッドサイドの幅は1.60mmであるので、構造比は1.60/105=0.015である。このとき、計測した正三角形状のグリッドの熱膨張係数は1.60ppm/Kであり、炭素繊維を擬似等方に積層した炭素繊維強化プラスチック構造の熱膨張係数である0.93ppm/Kに近い値である。
さらに、計測したインサート付先進グリッド構造体の熱膨張係数はX軸方向に0.20ppm/Kであり、Y軸方向に0.0ppm/Kである。
次に、グリッドサイドが交差する交差領域間の距離aを27mmとし、節点12間の距離Lが異なるようにテーププリプレグを準備してインサート付先進グリッド構造体を製造した。このとき、構造比は1.60/105=0.015、1.60/52.5=0.030、1.60/26.25=0.060であった。このインサート付先進グリッド構造体の熱膨張係数を図7に示すようにして計測した。
The distance a between the intersecting regions where the grid sides of the advanced grid structure with insert according to the first embodiment of the present invention intersect is 27 mm. Further, since the distance L between the nodes 12 is 105 mm and the width of the grid side is 1.60 mm, the structure ratio is 1.60 / 105 = 0.015. At this time, the thermal expansion coefficient of the measured equilateral triangular grid is 1.60 ppm / K, which is close to 0.93 ppm / K which is the thermal expansion coefficient of the carbon fiber reinforced plastic structure in which carbon fibers are laminated in a pseudo isotropic manner. Value.
Furthermore, the measured thermal expansion coefficient of the advanced grid structure with insert is 0.20 ppm / K in the X-axis direction and 0.0 ppm / K in the Y-axis direction.
Next, an advanced grid structure with an insert was manufactured by preparing a tape prepreg so that the distance a between the intersecting regions where the grid sides intersect was 27 mm and the distance L between the nodes 12 was different. At this time, the structural ratios were 1.60 / 105 = 0.015, 1.60 / 52.5 = 0.030, 1.60 / 26.25 = 0.060. The thermal expansion coefficient of this advanced grid structure with an insert was measured as shown in FIG.

図8は、構造比を横軸にして、熱膨張係数を表したグラフである。
次に、インサート付先進グリッド構造体が、衛星構体として低熱膨張であると考えられる範囲を規定する。一般に炭素繊維には高強度系の炭素繊維と高弾性系の炭素繊維が存在するが、高弾性系の炭素繊維を使用して、従来の炭素繊維を擬似等方に積層した炭素繊維強化プラスチック構造を作製すると熱膨張係数を零近傍にすることが可能である。これは、炭素繊維強化プラスチックが炭素繊維方向には負の熱膨張係数を有し、炭素繊維と直交方向には正の熱膨張係数を有するため、その組み合わせによって零近傍になる。
しかし、これが高強度系の炭素繊維になると、一般に炭素繊維の引張強度と引張弾性率とは反比例の関係を示すため、引張弾性率が低くなり、炭素繊維自身の熱膨張係数が零に近づく方向の値となり、炭素繊維を擬似等方に積層した炭素繊維強化プラスチック構造では、熱膨張係数を零近傍にすることはできない。
そこで、ここでは、現在最も高強度な炭素繊維である東レ株式会社製トレカ(登録商標)糸T1000Gを用いた、従来の炭素繊維を擬似等方に積層した炭素繊維強化プラスチック構造では得ることのできない熱膨張係数を一つの判断基準とする。このとき、炭素繊維を擬似等方に積層した炭素繊維強化プラスチック構造の熱膨張係数は0.93ppm/Kであるため、インサート付先進グリッド構造体において低熱膨張である構体の範囲は、熱膨張係数が−0.9ppm/K以上且つ0.9ppm/K以下の構体である。
FIG. 8 is a graph showing the thermal expansion coefficient with the structural ratio as the horizontal axis.
Next, the range in which the advanced grid structure with inserts is considered to have low thermal expansion as a satellite structure is defined. Generally, high strength carbon fiber and high elasticity carbon fiber exist in carbon fiber, but carbon fiber reinforced plastic structure using conventional carbon fiber laminated in quasi-isotropy using high elasticity carbon fiber. Can produce a coefficient of thermal expansion close to zero. This is because the carbon fiber reinforced plastic has a negative coefficient of thermal expansion in the direction of carbon fiber and a positive coefficient of thermal expansion in the direction orthogonal to the carbon fiber, so that the combination becomes near zero.
However, when this becomes a high-strength carbon fiber, since the tensile strength and tensile modulus of carbon fiber generally show an inversely proportional relationship, the tensile modulus decreases and the thermal expansion coefficient of the carbon fiber itself approaches zero. In the carbon fiber reinforced plastic structure in which carbon fibers are laminated in a pseudo isotropic manner, the thermal expansion coefficient cannot be made close to zero.
Therefore, here, a carbon fiber reinforced plastic structure in which conventional carbon fibers are laminated in a quasi-isotropic manner using Toray Co., Ltd. TORAYCA (registered trademark) yarn T1000G, which is currently the strongest carbon fiber, cannot be obtained. The thermal expansion coefficient is used as one criterion. At this time, since the thermal expansion coefficient of the carbon fiber reinforced plastic structure in which carbon fibers are laminated in a pseudo isotropic manner is 0.93 ppm / K, the range of structures having low thermal expansion in the advanced grid structure with an insert is the thermal expansion coefficient. Is a structure of −0.9 ppm / K or more and 0.9 ppm / K or less.

この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体は、炭素繊維が一方向に配向されるグリッドサイドを等間隔に並べる3つのグリッドサイド群を有し、3つのグリッドサイド群のうちの第一のグリッドサイド群を基準に残りの第二のグリッドサイド群と第三のグリッドサイド群がそれぞれ時計方向と反時計方向に60度傾斜して交わるため、グリッドサイド群の交差しない部分である炭素繊維が一方向にだけ積層された部分と、グリッドサイド群が交差する交差領域部分との構造となる。   The advanced grid structure with an insert according to Embodiment 1 of the present invention has three grid side groups in which the grid sides on which the carbon fibers are oriented in one direction are arranged at equal intervals. Since the remaining second grid side group and the third grid side group intersect with each other with an inclination of 60 degrees clockwise and counterclockwise with respect to the first grid side group, the grid side groups do not intersect each other. A structure in which carbon fibers are laminated in only one direction and an intersecting region where grid side groups intersect is formed.

このとき、グリッドサイド群の交差しない部分である炭素繊維が一方向にだけ積層された部分とグリッドサイド群が交差する交差領域部分との割合を構造比で調整することによって低熱膨張特性を有する先進グリッド構造体において、三つのグリッドサイド群が互いに交差する領域が互いに近傍に存在することで、3つのグリッドサイド群から構成される正三角形グリッド群が、炭素繊維を擬似等方に積層した炭素繊維強化プラスチック構造に近い特性を有する構造となるため、その正三角形グリッド群に、炭素繊維を擬似等方に積層した炭素繊維強化プラスチック構造のインサートを一部埋め込んで一体成形することで、高い引き抜き強度且つ低残留熱応力特性を持つインサート構造且つ低熱膨張特性を有する。   At this time, advanced having low thermal expansion characteristics by adjusting the ratio of the portion where the carbon fiber that is not intersecting the grid side group is laminated in only one direction and the intersecting region portion where the grid side group intersect is adjusted by the structural ratio In the grid structure, there is an area where the three grid side groups intersect each other so that an equilateral triangular grid group composed of the three grid side groups is a carbon fiber in which carbon fibers are laminated in a pseudo isotropic manner. High pull-out strength by embedding part of carbon fiber reinforced plastic structure with carbon fiber quasi-isotropically embedded in the equilateral triangle grid group because it has a structure close to that of reinforced plastic structure. The insert structure has a low residual thermal stress characteristic and has a low thermal expansion characteristic.

図8は、交差領域間の距離が27mmであるときの、構造比に対する熱膨張係数を表したグラフである。
図8からも分かるように、引張弾性率が280GPa以上且つ330GPa以下の炭素繊維を用いて、構造比が0より大きく且つ0.089以下になるように、グリッドサイドの幅Wまたは節点9間の距離Lを調整すると、熱膨張係数が−0.9ppm/K以上且つ0.9ppm/K以下のインサート付先進グリッド構造体を得ることができる。
FIG. 8 is a graph showing the thermal expansion coefficient with respect to the structural ratio when the distance between the intersecting regions is 27 mm.
As can be seen from FIG. 8, using carbon fibers having a tensile modulus of 280 GPa or more and 330 GPa or less, the width W of the grid side or between the nodes 9 so that the structural ratio is greater than 0 and 0.089 or less. When the distance L is adjusted, an advanced grid structure with an insert having a thermal expansion coefficient of −0.9 ppm / K or more and 0.9 ppm / K or less can be obtained.

なお、この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体において、引張弾性率が250GPa以上且つ350GPa以下の東レ株式会社製トレカ(登録商標)糸T800HBの炭素繊維にエポキシ樹脂を含侵させた後に半硬化させて作ったプリプレグを用いているが、繊維はT800HBに限るものではない。
また、樹脂はエポキシ樹脂に限るものではなく、熱的機械的化学的特性が使用環境に耐えればいずれの樹脂であってもこの発明に適用することができる。
なお、この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体において、成形のときの温度を180度としたが、プリプレグが加圧下で加熱して成形できる温度であればよいので、80度から280度の範囲で適宜設定できる。
また、成形のときの圧力を300kPaとしたが、プリプレグが加圧下で加熱して成形できる圧力であればよいので、100kPaから1000kPaの範囲で適宜設定できる。
In the advanced grid structure with an insert according to the first embodiment of the present invention, an epoxy resin is impregnated in carbon fiber of Toray Industries, Inc. trading card (registered trademark) yarn T800HB having a tensile elastic modulus of 250 GPa or more and 350 GPa or less. A prepreg made by semi-curing after use is used, but the fiber is not limited to T800HB.
Further, the resin is not limited to the epoxy resin, and any resin can be applied to the present invention as long as the thermal mechanical chemical characteristics can withstand the use environment.
In the advanced grid structure with an insert according to the first embodiment of the present invention, the molding temperature is set to 180 degrees. However, any temperature can be used as long as the prepreg can be molded by heating under pressure. Can be appropriately set within a range of 280 degrees.
Moreover, although the pressure at the time of shaping | molding was 300 kPa, since it should just be a pressure which a prepreg can heat and shape | mold under pressure, it can set suitably in the range of 100 kPa to 1000 kPa.

実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係るインサート付先進グリッド構造体の製造方法について説明する。先に先進グリッド構造体の製造方法を説明し、その後にインサート構造の製造方法について説明する。
図1は、この発明の実施の形態2に係るインサート付先進グリッド構造体において、先進グリッド構造体を製造するためのテーププリプレグの平面図である。
東レ株式会社製トレカ(登録商標)糸T800HBとエポキシ樹脂原料を用いて、長さ方向(図1(a)の紙面上の上下方向)に炭素繊維が配向された帯状のテーププリプレグを用意する。図1(a)に示すような炭素繊維が基準辺13に平行に配向された0度方向炭素繊維テーププリプレグ14、図3(b)に示すような炭素繊維が基準辺15に対して反時計方向に60度傾斜するように配向された+60度方向炭素繊維テーププリプレグ16、図3(c)に示すような炭素繊維が基準辺17に対して時計方向に60度傾斜するように配向された−60度方向炭素繊維テーププリプレグ18を、順に複数回にわたって積層し、加圧下で加熱することにより先進グリッド構造体を製造する。
Embodiment 2. FIG.
A method for manufacturing an advanced grid structure with inserts according to Embodiment 2 of the present invention will be described. First, a method for manufacturing the advanced grid structure will be described, and then a method for manufacturing the insert structure will be described.
FIG. 1 is a plan view of a tape prepreg for manufacturing an advanced grid structure in an advanced grid structure with an insert according to Embodiment 2 of the present invention.
Using Toray Industries, Inc. Torayca (registered trademark) yarn T800HB and an epoxy resin raw material, a strip-shaped tape prepreg in which carbon fibers are oriented in the length direction (vertical direction on the paper surface of FIG. 1A) is prepared. A carbon fiber tape prepreg 14 in which the carbon fibers as shown in FIG. 1A are oriented parallel to the reference side 13 and the carbon fibers as shown in FIG. +60 degree direction carbon fiber tape prepreg 16 oriented so as to incline 60 degrees in the direction, carbon fibers as shown in FIG. 3C were oriented so as to incline 60 degrees clockwise relative to the reference side 17. The advanced grid structure is manufactured by laminating the -60 degree direction carbon fiber tape prepreg 18 in order several times and heating under pressure.

また、別途、日本グラファイトファイバー株式会社製GRANOCヤーン(登録商標)XN90とエポキシ樹脂原料を用いて、正三角柱形状の成形型に、炭素繊維を0度方向、+60度方向、−60度方向に擬似等方になるようにプリプレグを積層して加圧下で加熱することにより炭素繊維強化プラスチック構造のインサート部材34を製造する。   Separately, carbon fiber is simulated in 0 degree direction, +60 degree direction, and -60 degree direction by using GRANOC Yarn (registered trademark) XN90 manufactured by Nippon Graphite Fiber Co., Ltd. and epoxy resin raw material. The prepreg is laminated so as to be isotropic and heated under pressure to produce an insert member 34 having a carbon fiber reinforced plastic structure.

図9は、この発明の実施の形態2に係るインサート付先進グリッド構造体のインサート構造を製造するための拡大図である。図9(a)に示すような先進グリッド構造体の正三角形状のグリッド4の3つのグリッドサイドによって囲まれた空間に、図9(b)に示すようなインサート部材34を接着剤で接着する。なお、図9(b)はインサート部材34の機器および他の構造体との結合面側であり、図9(c)はインサート部材34の機器および他の構造体との結合面と反対側の面である。   FIG. 9 is an enlarged view for manufacturing an insert structure of an advanced grid structure with an insert according to Embodiment 2 of the present invention. An insert member 34 as shown in FIG. 9B is adhered to the space surrounded by the three grid sides of the regular triangular grid 4 of the advanced grid structure as shown in FIG. 9A. . 9B is a side of the connecting surface of the insert member 34 with the device and other structures, and FIG. 9C is a side opposite to the connecting surface of the insert member 34 with the device and other structures. Surface.

なお、0度方向炭素繊維テーププリプレグ14が複数並べられたものを第一のテーププリプレグ群、+60度方向炭素繊維テーププリプレグ16が複数並べられたものを第二のテーププリプレグ群、−60度方向炭素繊維テーププリプレグ18が複数並べられたものを第三のテーププリプレグ群と称す。
このとき、第一のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第一のグリッドサイド群、第二のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第二のグリッドサイド群、および第三のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第三のグリッドサイド群の中で、第一のグリッドサイド群、第二のグリッドサイド群、および第三のグリッドサイド群が互いに交差する領域が互いに近傍に存在することで、3つのグリッドサイド群から構成される正三角形グリッド群が、炭素繊維を擬似等方積層した炭素繊維強化プラスチック構造に近い特性を有することを発見し、その正三角形グリッド群に、正三角形グリッドよりも低い熱膨張係数を持つ、炭素繊維を擬似等方積層した炭素繊維強化プラスチック構造のインサート部材34を接着剤36により接着することで高い引き抜き強度を持つインサート構造を有し、且つ低熱膨張特性を有する先進グリッド構造と同等の低熱膨張特性を有する構造とした。
A plurality of 0 degree direction carbon fiber tape prepregs 14 arranged in the first tape prepreg group, and a plurality of +60 degree direction carbon fiber tape prepregs 16 arranged in the second tape prepreg group, −60 degrees direction. A group in which a plurality of carbon fiber tape prepregs 18 are arranged is referred to as a third tape prepreg group.
At this time, a first grid side group that is in the same direction as the first tape prepreg group and constitutes one side of the grid group, and a second grid that is in the same direction as the second tape prepreg group and constitutes one side of the grid group Among the grid side groups, and the third grid side group that is in the same direction as the third tape prepreg group and constitutes one side of the grid group, the first grid side group, the second grid side group, and Since the regions where the third grid side groups intersect each other exist in the vicinity of each other, the equilateral triangular grid group composed of the three grid side groups is close to the carbon fiber reinforced plastic structure in which the carbon fibers are quasi-isotropically laminated. The equilateral triangle grid group is found to have characteristics, and the carbon fiber having a lower thermal expansion coefficient than the equilateral triangle grid is pseudo-etc. A structure having an insert structure having a high pull-out strength by bonding the laminated carbon fiber reinforced plastic structure insert member 34 with an adhesive 36 and having a low thermal expansion characteristic equivalent to an advanced grid structure having a low thermal expansion characteristic; did.

図10は、この発明の実施の形態2に係るインサート付先進グリッド構造体の正面図である。
先進グリッド構造体の正三角形状のグリッド4の3つのグリッドサイドによって囲まれた空間に、インサート部材34を挿入し、接着剤36で接着する。先進グリッド構造体への接着後、インサート部材34は穴加工されて、インサート穴35を有する。このようにしてこの発明の実施の形態2に係るインサート付先進グリッド構造体が製造される。
この発明の実施の形態2に係るインサート付先進グリッド構造体は、炭素繊維に樹脂を含侵させた後に半硬化させて作ったプリプレグを使用し、長尺方向に向くように炭素繊維を配向させて繊維強化されたエポキシ樹脂のプリプレグからなる帯状のテーププリプレグを積層し、加圧下で加熱することにより成形したトラス構造の節点に、炭素繊維を配向させて繊維強化されたエポキシ樹脂のプリプレグを加圧下で加熱することにより成形したインサート構造を接着した構造である。炭素繊維としては、テーププリプレグには引張弾性率が250GPa以上且つ350GPa以下の東レ株式会社製トレカ(登録商標)糸T800HBを用い、プリプレグには引張弾性率810GPa以上且つ910GPa以下の日本グラファイトファイバー株式会社製GRANOCヤーン(登録商標)XN−90を用いている。
FIG. 10 is a front view of an advanced grid structure with inserts according to Embodiment 2 of the present invention.
The insert member 34 is inserted into the space surrounded by the three grid sides of the equilateral triangular grid 4 of the advanced grid structure, and bonded with an adhesive 36. After bonding to the advanced grid structure, the insert member 34 is drilled to have an insert hole 35. In this way, the advanced grid structure with inserts according to Embodiment 2 of the present invention is manufactured.
The advanced grid structure with insert according to Embodiment 2 of the present invention uses a prepreg made by impregnating carbon fiber with a resin and then semi-cured, and orients the carbon fiber so as to face in the longitudinal direction. A strip-shaped tape prepreg made of fiber reinforced epoxy resin prepreg is laminated and heated under pressure to add a reinforced epoxy resin prepreg with oriented carbon fibers at the nodes of the truss structure. This is a structure in which an insert structure molded by heating under pressure is bonded. As carbon fiber, Toray Co., Ltd. TORAYCA (registered trademark) yarn T800HB having a tensile modulus of 250 GPa or more and 350 GPa or less is used for the tape prepreg, and Nippon Graphite Fiber Co., Ltd. has a tensile modulus of 810 GPa or more and 910 GPa or less. A GRANOC yarn (registered trademark) XN-90 manufactured by GRANOC is used.

この発明の実施の形態2に係るインサート付先進グリッド構造体は、図10の図面上では長さ方向が紙面の上下方向に向き、長さ方向に直交する第一の方向に等間隔に並列に並べられた複数のグリッドサイド(以下、「0度方向グリッドサイド」と称す)1、0度方向グリッドサイド1に対して反時計方向に60度傾斜して交わるとともに等間隔に並列に並べられた複数のグリッドサイド(以下、「+60度方向グリッドサイド」と称す)2、0度方向グリッドサイド1に対して時計方向に60度傾斜して交わるとともに等間隔に並列に並べられた複数のグリッドサイド(以下、「−60度方向グリッドサイド」と称す)3を備える。なお、複数の0度方向グリッドサイド1を第一のグリッドサイド群、複数の+60度方向グリッドサイド2を第二のグリッドサイド群、複数の−60度方向グリッドサイド3を第三のグリッドサイド群と称す。   The advanced grid structure with insert according to the second embodiment of the present invention has a length direction in the vertical direction of the drawing on the drawing of FIG. 10 and is arranged in parallel at equal intervals in a first direction orthogonal to the length direction. A plurality of arranged grid sides (hereinafter referred to as “0 degree direction grid sides”) 1 intersect with each other at an angle of 60 degrees counterclockwise with respect to the 0 degree direction grid side 1 and arranged in parallel at equal intervals. A plurality of grid sides (hereinafter referred to as “+60 degree direction grid sides”) 2, a plurality of grid sides that intersect at an angle of 60 degrees with respect to the 0 degree direction grid side 1 and are arranged in parallel at equal intervals. (Hereinafter referred to as “−60 degree direction grid side”) 3. The plurality of 0 degree direction grid sides 1 are the first grid side group, the plurality of +60 degree direction grid sides 2 are the second grid side group, and the plurality of −60 degree direction grid sides 3 are the third grid side group. Called.

この発明の実施の形態2に係るインサート付先進グリッド構造体では、0度方向グリッドサイド1、+60度方向グリッドサイド2、−60度方向グリッドサイド3により正三角形状のグリッド4および六角形状のグリッド5が形成されている。
この発明の実施の形態2に係るインサート付先進グリッド構造体では、炭素繊維が0度方向、+60度方向、−60度方向に配向積層された擬似等方積層構造であるインサート部材34が、正三角形のグリッド4に接着されている。また、インサート部材34はインサート穴35を持っている。
In the advanced grid structure with an insert according to the second embodiment of the present invention, an equilateral triangular grid 4 and a hexagonal grid are formed by the 0 degree direction grid side 1, the +60 degree direction grid side 2, and the -60 degree direction grid side 3. 5 is formed.
In the advanced grid structure with an insert according to the second embodiment of the present invention, the insert member 34 having a quasi-isotropic laminated structure in which carbon fibers are oriented and laminated in the 0 degree direction, the +60 degree direction, and the -60 degree direction includes Bonded to a triangular grid 4. The insert member 34 has an insert hole 35.

図11は、この発明の実施の形態2に係るインサート付先進グリッド構造体の1つのインサート部材34を含む拡大図である。図11(a)に示される拡大図は、機器および他の構造体との結合面側の図である。図11(b)に示される拡大図は、機器および他の構造体との結合面と反対側の図である。
0度方向グリッドサイド1は、図11に示すように、それぞれ+60度方向グリッドサイド2および−60度方向グリッドサイド3に第一の交差領域8と第二の交差領域9とで交わっている。+60度方向グリッドサイド2は、−60度方向グリッドサイド3と第三の交差領域10で交わっている。これらの交差領域8、9、10が互いに近傍に存在することで、正三角形のグリッド4が炭素繊維を擬似等方に積層した構造に近い特性を持つことを発見した。なお、第三の交差領域10は菱形であり、菱形2本の対角線が交わる中心点を節点12と称す。また、交差領域8、9間の距離11の最大値は、節点12間の距離の半値である。
FIG. 11 is an enlarged view including one insert member 34 of the advanced grid structure with insert according to Embodiment 2 of the present invention. The enlarged view shown in FIG. 11A is a view on the side of the coupling surface with the device and another structure. The enlarged view shown in FIG. 11B is a view on the side opposite to the coupling surface with the device and other structures.
As shown in FIG. 11, the 0-degree direction grid side 1 intersects with the +60 degree direction grid side 2 and the −60 degree direction grid side 3 in the first intersection region 8 and the second intersection region 9, respectively. The +60 degree direction grid side 2 intersects the −60 degree direction grid side 3 in the third intersection region 10. It has been found that the presence of these intersecting regions 8, 9, and 10 in the vicinity of each other makes the equilateral triangular grid 4 have characteristics close to a structure in which carbon fibers are laminated in a pseudo isotropic manner. The third intersecting region 10 is a rhombus, and a center point where two diagonal lines of the rhombus intersect is referred to as a node 12. Further, the maximum value of the distance 11 between the intersecting regions 8 and 9 is a half value of the distance between the nodes 12.

インサート穴35を備えた炭素繊維を擬似等方に積層した構造であるインサート部材34が、0度方向グリッドサイド1、+60度方向グリッドサイド2、および−60度方向グリッドサイド3により構成される正三角形状のグリッド4に接着されている。このときインサート部材34の熱膨張係数を正三角形状のグリッド4の熱膨張係数よりも低い値にすることで、成形時の熱変形によりインサート部材34が正三角形状のグリッド4に拘束されるため、このインサート構造は高い引き抜き強度を持っている。   An insert member 34 having a structure in which carbon fibers having an insert hole 35 are laminated in a pseudo isotropic manner is constituted by a 0 degree direction grid side 1, a +60 degree direction grid side 2, and a −60 degree direction grid side 3. Bonded to the triangular grid 4. At this time, since the thermal expansion coefficient of the insert member 34 is set to a value lower than the thermal expansion coefficient of the equilateral triangular grid 4, the insert member 34 is restrained by the equilateral triangular grid 4 due to thermal deformation during molding. This insert structure has high pullout strength.

図12は、この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体の正三角形状のグリッド4と六角形状のグリッド5を含む拡大図である。
ここで、正三角形形状のグリッド4と六角形状のグリッド5を有するインサート付先進グリッド構造体の構造を表す2つの因子を導入し、因子と正三角形状のグリッド4の熱膨張係数、および因子とインサート付先進グリッド構造体の熱膨張係数との関係を求める。
導入する一つの因子は、グリッドサイドの幅Wを節点12間の距離Lで除算して得られる商であり、構造比と称す。また、導入するもう一つの因子は、グリッドサイドが交差する交差領域間の距離aである。ただし、このときの距離aは0以上且つL/2以下である。
FIG. 12 is an enlarged view including a regular triangular grid 4 and a hexagonal grid 5 of the advanced grid structure with insert according to the first embodiment of the present invention.
Here, two factors representing the structure of an advanced grid structure with an insert having an equilateral triangular grid 4 and a hexagonal grid 5 are introduced, and the thermal expansion coefficient of the equilateral triangular grid 4 and the factors The relationship with the thermal expansion coefficient of the advanced grid structure with inserts is obtained.
One factor to be introduced is a quotient obtained by dividing the grid side width W by the distance L between the nodes 12 and is referred to as a structural ratio. Another factor to be introduced is the distance a between the intersecting regions where the grid sides intersect. However, the distance a at this time is not less than 0 and not more than L / 2.

次に、正三角形状のグリッドおよびインサート付先進グリッド構造体の熱膨張係数の計測について説明する。
正三角形状のグリッド4およびインサート付先進グリッド構造体の熱膨張係数の計測では、まず、測定サンプル29であるインサート付先進グリッド構造体をサンプル支持台30の上に載せ、恒温槽31内に固定する。次に、恒温槽31内の温度をコントロールして測定サンプル29の温度を変化させつつ、測定サンプル29の両端部および正三角形状のグリッド部に接着したレーザ反射鏡32にレーザフォーカス変位計33からレーザを照射し、反射光を受光して、加熱による測定サンプル29の変位量を測定し、熱膨張係数を算出する。
Next, measurement of the thermal expansion coefficient of an equilateral triangular grid and an advanced grid structure with an insert will be described.
In the measurement of the thermal expansion coefficient of the equilateral triangular grid 4 and the advanced grid structure with insert, first, the advanced grid structure with insert as the measurement sample 29 is placed on the sample support 30 and fixed in the thermostat 31. To do. Next, while controlling the temperature in the thermostatic chamber 31 to change the temperature of the measurement sample 29, the laser reflecting displacement meter 33 applies the laser reflecting mirror 32 adhered to both ends of the measurement sample 29 and the equilateral triangular grid portion. The laser is irradiated, the reflected light is received, the amount of displacement of the measurement sample 29 due to heating is measured, and the thermal expansion coefficient is calculated.

この発明の実施の形態2に係るインサート付先進グリッド構造体のグリッドサイドが交差する交差領域間の距離aは27mmである。また、節点12間の距離Lは105mmであり、グリッドサイドの幅は1.60mmであるので、構造比は1.60/105=0.015である。このとき、計測した正三角形状のグリッドの熱膨張係数は1.60ppm/Kであり、インサート部材34の熱膨張係数は−0.90ppm/Kであるため、成形時の熱変形によりインサート部材34は正三角形状のグリッドにより拘束される。さらに、計測したインサート付先進グリッド構造体の熱膨張係数はX軸方向に0.20ppm/Kであり、Y軸方向に0.0ppm/Kである。   The distance a between the intersecting regions where the grid sides of the advanced grid structure with insert according to the second embodiment of the present invention intersect is 27 mm. Further, since the distance L between the nodes 12 is 105 mm and the width of the grid side is 1.60 mm, the structure ratio is 1.60 / 105 = 0.015. At this time, since the thermal expansion coefficient of the measured equilateral triangular grid is 1.60 ppm / K and the thermal expansion coefficient of the insert member 34 is −0.90 ppm / K, the insert member 34 is deformed due to thermal deformation during molding. Is constrained by an equilateral triangular grid. Furthermore, the measured thermal expansion coefficient of the advanced grid structure with insert is 0.20 ppm / K in the X-axis direction and 0.0 ppm / K in the Y-axis direction.

次に、グリッドサイドが交差する交差領域間の距離aを27mmとし、節点12間の距離Lが異なるようにテーププリプレグを準備してインサート付先進グリッド構造体を製造した。このとき、構造比は1.60/105=0.015、1.60/52.5=0.030、1.60/26.25=0.060であった。このインサート付先進グリッド構造体の熱膨張係数を図7に示すようにして計測した。   Next, an advanced grid structure with an insert was manufactured by preparing a tape prepreg so that the distance a between the intersecting regions where the grid sides intersect was 27 mm and the distance L between the nodes 12 was different. At this time, the structural ratios were 1.60 / 105 = 0.015, 1.60 / 52.5 = 0.030, 1.60 / 26.25 = 0.060. The thermal expansion coefficient of this advanced grid structure with an insert was measured as shown in FIG.

図13は、構造比を横軸にして、熱膨張係数を表したグラフである。
次に、インサート付先進グリッド構造体が、衛星構体として低熱膨張であると考えられる範囲を規定する。
一般に炭素繊維には高強度系の炭素繊維と高弾性系の炭素繊維が存在するが、高弾性系の炭素繊維を使用して、従来の炭素繊維を擬似等方に積層した炭素繊維強化プラスチック構造を作製すると熱膨張係数を零近傍にすることが可能である。これは、炭素繊維強化プラスチックが炭素繊維方向には負の熱膨張係数を有し、炭素繊維と直交方向には正の熱膨張係数を有するため、その組み合わせによって零近傍になる。
FIG. 13 is a graph showing the thermal expansion coefficient with the structural ratio as the horizontal axis.
Next, the range in which the advanced grid structure with inserts is considered to have low thermal expansion as a satellite structure is defined.
Generally, high strength carbon fiber and high elasticity carbon fiber exist in carbon fiber, but carbon fiber reinforced plastic structure using conventional carbon fiber laminated in quasi-isotropy using high elasticity carbon fiber. Can produce a coefficient of thermal expansion close to zero. This is because the carbon fiber reinforced plastic has a negative coefficient of thermal expansion in the direction of carbon fiber and a positive coefficient of thermal expansion in the direction orthogonal to the carbon fiber, so that the combination becomes near zero.

しかし、これが高強度系の炭素繊維になると、一般に炭素繊維の引張強度と引張弾性率とは反比例の関係を示すため、引張弾性率が低くなり、炭素繊維自身の熱膨張係数が零に近づく方向の値となり、炭素繊維を擬似等方に積層した炭素繊維強化プラスチック構造では、熱膨張係数を零近傍にすることはできない。
そこで、ここでは、現在最も高強度な炭素繊維である東レ株式会社製トレカ(登録商標)糸T1000Gを用いた、従来の炭素繊維を擬似等方に積層した炭素繊維強化プラスチック構造では得ることのできない熱膨張係数を一つの判断基準とする。
このとき、炭素繊維を擬似等方に積層した炭素繊維強化プラスチック構造の熱膨張係数は0.93ppm/Kであるため、インサート付先進グリッド構造体において低熱膨張である構体の範囲は、熱膨張係数が−0.9ppm/K以上且つ0.9ppm/K以下の構体である。
However, when this becomes a high-strength carbon fiber, since the tensile strength and tensile modulus of carbon fiber generally show an inversely proportional relationship, the tensile modulus decreases and the thermal expansion coefficient of the carbon fiber itself approaches zero. In the carbon fiber reinforced plastic structure in which carbon fibers are laminated in a pseudo isotropic manner, the thermal expansion coefficient cannot be made close to zero.
Therefore, here, a carbon fiber reinforced plastic structure in which conventional carbon fibers are laminated in a quasi-isotropic manner using Toray Co., Ltd. TORAYCA (registered trademark) yarn T1000G, which is currently the strongest carbon fiber, cannot be obtained. The thermal expansion coefficient is used as one criterion.
At this time, since the thermal expansion coefficient of the carbon fiber reinforced plastic structure in which carbon fibers are laminated in a pseudo isotropic manner is 0.93 ppm / K, the range of structures having low thermal expansion in the advanced grid structure with an insert is the thermal expansion coefficient. Is a structure of −0.9 ppm / K or more and 0.9 ppm / K or less.

この発明の実施の形態2に係るインサート付先進グリッド構造体は、炭素繊維が一方向に配向されるグリッドサイドを等間隔に並べる3つのグリッドサイド群を有し、3つのグリッドサイド群のうちの第一のグリッドサイド群を基準に残りの第二のグリッドサイド群と第三のグリッドサイド群がそれぞれ時計方向と反時計方向に60度傾斜して交わるため、グリッドサイド群の交差しない部分である炭素繊維が一方向にだけ積層された部分と、グリッドサイド群が交差する交差領域部分との構造となる。   The advanced grid structure with an insert according to the second embodiment of the present invention has three grid side groups in which the grid sides on which the carbon fibers are oriented in one direction are arranged at equal intervals. Since the remaining second grid side group and the third grid side group intersect with each other with an inclination of 60 degrees clockwise and counterclockwise with respect to the first grid side group, the grid side groups do not intersect each other. A structure in which carbon fibers are laminated in only one direction and an intersecting region where grid side groups intersect is formed.

このとき、グリッドサイド群の交差しない部分である炭素繊維が一方向にだけ積層された部分とグリッドサイド群が交差する交差領域部分との割合を構造比で調整することによって低熱膨張特性を有する先進グリッド構造体において、三つのグリッドサイド群が互いに交差する領域が互いに近傍に存在することで、3つのグリッドサイド群から構成される正三角形グリッド群が、炭素繊維を擬似等方に積層した炭素繊維強化プラスチック構造に近い特性を有する構造となるため、その正三角形グリッド群に、正三角形グリッドよりも低い熱膨張係数を持つ、炭素繊維を擬似等方積層した炭素繊維強化プラスチック構造のインサート部材34を接着することで、高い引き抜き強度を持つインサート構造且つ低熱膨張特性を有する。   At this time, advanced having low thermal expansion characteristics by adjusting the ratio of the portion where the carbon fiber that is not intersecting the grid side group is laminated in only one direction and the intersecting region portion where the grid side group intersect is adjusted by the structural ratio In the grid structure, there is an area where the three grid side groups intersect each other so that an equilateral triangular grid group composed of the three grid side groups is a carbon fiber in which carbon fibers are laminated in a pseudo isotropic manner. Since the structure has a characteristic close to that of a reinforced plastic structure, an insert member 34 having a carbon fiber reinforced plastic structure in which carbon fibers are quasi-isotropically laminated with a lower coefficient of thermal expansion than that of the regular triangle grid. By bonding, it has an insert structure with high pullout strength and low thermal expansion characteristics.

図13は、交差領域間の距離が27mmであるときの、構造比に対する熱膨張係数を表したグラフである。
図13からも分かるように、引張弾性率が280GPa以上且つ330GPa以下の炭素繊維を用いて、構造比が0より大きく且つ0.089以下になるように、グリッドサイドの幅Wまたは節点9間の距離Lを調整すると、熱膨張係数が−0.9ppm/K以上且つ0.9ppm/K以下のインサート付先進グリッド構造体を得ることができる。
FIG. 13 is a graph showing the thermal expansion coefficient with respect to the structural ratio when the distance between the intersecting regions is 27 mm.
As can be seen from FIG. 13, using carbon fibers having a tensile modulus of 280 GPa or more and 330 GPa or less, the width W of the grid side or between the nodes 9 so that the structural ratio is greater than 0 and 0.089 or less. When the distance L is adjusted, an advanced grid structure with an insert having a thermal expansion coefficient of −0.9 ppm / K or more and 0.9 ppm / K or less can be obtained.

なお、この発明の実施の形態2に係るインサート付先進グリッド構造体において、引張弾性率が250GPa以上且つ350GPa以下の東レ株式会社製トレカ(登録商標)糸T800HBの炭素繊維および引張弾性率が810GPa以上且つ910GPa以下の日本グラファイトファイバー株式会社製GRANOCヤーン(登録商標)XN−90の炭素繊維にエポキシ樹脂を含侵させた後に半硬化させて作ったプリプレグを用いているが、繊維はT800HBやXN−90に限るものではない。
また、樹脂はエポキシ樹脂に限るものではなく、熱的機械的化学的特性が使用環境に耐えればいずれの樹脂であってもこの発明に適用することができる。
In the advanced grid structure with an insert according to the second embodiment of the present invention, the carbon fiber of the Toray Industries, Inc. trading card (registered trademark) yarn T800HB having a tensile elastic modulus of 250 GPa or more and 350 GPa or less and the tensile elastic modulus of 810 GPa or more In addition, a prepreg made by impregnating an epoxy resin into a carbon fiber of GRANOC Yarn (registered trademark) XN-90 manufactured by Nippon Graphite Fiber Co., Ltd. of 910 GPa or less is used, but the fiber is T800HB or XN- It is not limited to 90.
Further, the resin is not limited to the epoxy resin, and any resin can be applied to the present invention as long as the thermal mechanical chemical characteristics can withstand the use environment.

実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係るインサート付先進グリッド構造体において、インサート部材にインバー合金プレート37を内部に一体成形する工程について説明する。
図14(a)に示すような炭素繊維が基準辺21に平行に配向された0度方向炭素繊維プリプレグ22、図14(b)に示すような炭素繊維が基準辺23に対して反時計方向に60度傾斜するように配向された+60度方向炭素繊維プリプレグ24、図14(c)に示すような炭素繊維が基準辺25に対して時計方向に60度傾斜するように配向された−60度方向炭素繊維プリプレグ26を順に、0度方向炭素繊維テーププリプレグ14、+60度方向炭素繊維テーププリプレグ16、および−60度方向炭素繊維テーププリプレグ18の積層によって形成された集合領域に、3つのテーププリプレグの積層と交互に複数回にわたって積層する際に、図14(d)に示すようなインバー合金プレート37を一枚積層し、加圧下で加熱して成形し、インサート部材34にネジ穴38を加工をすることで、この発明の実施の形態3に係るインサート付先進グリッド構造体のインサート構造が製造される。
Embodiment 3 FIG.
In the advanced grid structure with an insert according to the third embodiment of the present invention, a process of integrally forming the invar alloy plate 37 inside the insert member will be described.
A carbon fiber prepreg 22 in which the carbon fibers as shown in FIG. 14A are oriented parallel to the reference side 21 and the carbon fibers as shown in FIG. 14B are counterclockwise with respect to the reference side 23. The carbon fiber prepreg 24 in the +60 degree direction oriented so as to incline at 60 degrees, and the carbon fiber as shown in FIG. 14C oriented at 60 degrees in the clockwise direction with respect to the reference side 25. Three tapes are formed in the gathering region formed by stacking the degree direction carbon fiber prepreg 26 in order, the zero degree direction carbon fiber tape prepreg 14, the +60 degree direction carbon fiber tape prepreg 16, and the -60 degree direction carbon fiber tape prepreg 18. When laminating a plurality of times alternately with the prepreg, a single Invar alloy plate 37 as shown in FIG. 14 (d) is laminated and heated under pressure. And, by machining the screw holes 38 in the insert member 34, the insert structure of the insert with the advanced grid structure according to the third embodiment of the present invention is manufactured.

図15と図16は、この発明の実施の形態3に係るインサート付先進グリッド構造体のインサート構造の側面から見た断面図である。図15は実施の形態1のインサート構造を用いた場合のインサート構造の側面から見た断面図であり、図16は実施の形態2のインサート構造を用いた場合のインサート構造の側面から見た断面図である。
この発明の実施の形態3に係るインサート付先進グリッド構造体は、図15に示すように、この発明の実施の形態1および実施の形態2に係るインサート付先進グリッド構造体のインサート穴7および35を、低熱膨張係数を有するインバー合金プレート37を内部に一体成形されたインサート部材にネジ穴加工をすることで、インサートネジ穴38としたものである。
15 and 16 are cross-sectional views seen from the side of the insert structure of the advanced grid structure with insert according to Embodiment 3 of the present invention. 15 is a cross-sectional view seen from the side of the insert structure when the insert structure of the first embodiment is used, and FIG. 16 is a cross-section seen from the side of the insert structure when the insert structure of the second embodiment is used. FIG.
As shown in FIG. 15, the advanced grid structure with insert according to Embodiment 3 of the present invention has insert holes 7 and 35 of the advanced grid structure with insert according to Embodiment 1 and Embodiment 2 of the present invention. Is formed into an insert screw hole 38 by machining a screw hole into an insert member integrally formed with an Invar alloy plate 37 having a low thermal expansion coefficient.

この発明の実施の形態3に係るインサート付先進グリッド構造体は、この発明の実施の形態1および実施の形態2と同様に、グリッドサイドの交差領域部分とグリッドサイドが交差しない部分との比率を調整することにより低い熱膨張係数を持つ先進グリッド構造に設けた高い引き抜き強度を持つインサート構造において、アルミニウムやチタン等の金属材料よりも低い熱膨張係数を持つインバー合金をインサート部材の内部に一体成形してネジ穴を加工することで、機器や他の構体との接合の際の位置精度が高精度となる。   The advanced grid structure with an insert according to the third embodiment of the present invention has the ratio of the intersection region portion of the grid side and the portion where the grid side does not intersect, as in the first and second embodiments of the present invention. Invar alloy with a lower coefficient of thermal expansion than metal materials such as aluminum and titanium in the insert structure with high pullout strength provided in advanced grid structure with low thermal expansion coefficient by adjusting integrally in the insert member Then, by processing the screw holes, the positional accuracy at the time of joining with the device or another structure becomes high accuracy.

この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体において、先進グリッド構造体を製造するためのテーププリプレグの平面図である。In the advanced grid structure with insert which concerns on Embodiment 1 of this invention, it is a top view of the tape prepreg for manufacturing an advanced grid structure. この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体において、インサート構造を製造するためのプリプレグの平面図である。In the advanced grid structure with insert which concerns on Embodiment 1 of this invention, it is a top view of the prepreg for manufacturing an insert structure. この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体を製造するためのプリプレグの断面図である。It is sectional drawing of the prepreg for manufacturing the advanced grid structure with an insert which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体の正面図である。It is a front view of the advanced grid structure with insert which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体の1つの正三角形状のグリッドを含む拡大図である。It is an enlarged view containing the grid of one equilateral triangle of the advanced grid structure with insert which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体の正三角形状のグリッドと六角形状のグリッドを含む拡大図である。It is an enlarged view including the equilateral triangular grid and hexagonal grid of the advanced grid structure with insert which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体において、正三角形状のグリッドおよびインサート付先進グリッド構造体の熱膨張係数の測定装置を示す断面図である。In the advanced grid structure with insert which concerns on Embodiment 1 of this invention, it is sectional drawing which shows the measurement apparatus of the thermal expansion coefficient of a regular triangular grid and the advanced grid structure with insert. 構造比を横軸にして、この発明の実施の形態1に係るインサート付先進グリッド構造体の熱膨張係数を表したグラフである。It is a graph showing the thermal expansion coefficient of the advanced grid structure with insert according to Embodiment 1 of the present invention with the structural ratio as the horizontal axis. この発明の実施の形態2に係るインサート付先進グリッド構造体のインサート構造を製造するための拡大図である。It is an enlarged view for manufacturing the insert structure of the advanced grid structure with insert which concerns on Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2に係るインサート付先進グリッド構造体の正面図である。It is a front view of the advanced grid structure with insert which concerns on Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2に係るインサート付先進グリッド構造体の1つの正三角形状のグリッドを含む拡大図である。It is an enlarged view including the grid of one equilateral triangle of the advanced grid structure with insert which concerns on Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2に係るインサート付先進グリッド構造体の正三角形状のグリッドと六角形状のグリッドを含む拡大図である。It is an enlarged view including the equilateral triangular grid and hexagonal grid of the advanced grid structure with insert which concerns on Embodiment 2 of this invention. 構造比を横軸にして、この発明の実施の形態2に係るインサート付先進グリッド構造体の熱膨張係数を表したグラフである。It is a graph showing the thermal expansion coefficient of the advanced grid structure with insert according to Embodiment 2 of the present invention, with the structural ratio as the horizontal axis. この発明の実施の形態3に係るインサート付先進グリッド構造体において、インサート構造を製造するためのプリプレグの平面図である。In the advanced grid structure with insert which concerns on Embodiment 3 of this invention, it is a top view of the prepreg for manufacturing an insert structure. この発明の実施の形態3に係るインサート付先進グリッド構造体のインサート構造の側面から見た断面図である。It is sectional drawing seen from the side surface of the insert structure of the advanced grid structure with insert which concerns on Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3に係るインサート付先進グリッド構造体の他のインサート構造の側面から見た断面図である。It is sectional drawing seen from the side surface of the other insert structure of the advanced grid structure with insert which concerns on Embodiment 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 0度方向グリッドサイド、2 +60度方向グリッドサイド、3 −60度方向グリッドサイド、4 正三角形状のグリッド、5 六角形状のグリッド、6 インサート部材、7 インサート穴、8 第一の交差領域、9 第二の交差領域、10 第三の交差領域、11 交差領域間の距離、12 節点、13 基準辺、14 0度方向炭素繊維テーププリプレグ、15 基準辺、16 +60度方向炭素繊維テーププリプレグ、17 基準辺、18 −60度方向炭素繊維テーププリプレグ、19 正三角形領域、20 集合領域、21 基準辺、22 0度方向炭素繊維プリプレグ、23 基準辺、24 +60度方向炭素繊維プリプレグ、25 基準辺、26 −60度方向炭素繊維プリプレグ、27 シリコーンゴム、28 成形板、29 測定サンプル、30 サンプル支持台、31 恒温槽、32 レーザ反射鏡、33 レーザフォーカス変位計、34 インサート部材、35 インサート穴、36 接着剤、37 インバー合金プレート、38 インサートネジ穴。   10 degree grid side, 2 +60 degree direction grid side, 3-60 degree direction grid side, 4 equilateral triangle grid, 5 hexagonal grid, 6 insert member, 7 insert hole, 8 first intersecting region, 9 Second intersection area, 10 Third intersection area, 11 Distance between intersection areas, 12 nodes, 13 reference side, 140 degree direction carbon fiber tape prepreg, 15 reference side, 16 + 60 degree direction carbon fiber tape prepreg, 17 reference side, 18-60 degree direction carbon fiber prepreg, 19 equilateral triangle region, 20 gathering region, 21 reference side, 220 degree direction carbon fiber prepreg, 23 reference side, 24 + 60 degree direction carbon fiber prepreg, 25 reference side 26-60 degree carbon fiber prepreg, 27 Silicone rubber, 28 Molded plate, 29 Measuring sun Pull, 30 Sample support base, 31 Thermostatic bath, 32 Laser reflector, 33 Laser focus displacement meter, 34 Insert member, 35 Insert hole, 36 Adhesive, 37 Invar alloy plate, 38 Insert screw hole.

Claims (3)

第一の方向に等間隔に並べられた炭素繊維が長尺方向に配向された第一のテーププリプレグ群、上記第一の方向に対して反時計方向に60度傾斜した第二の方向に等間隔に並べられた炭素繊維が長尺方向に配向された第二のテーププリプレグ群、および上記第一の方向に対して時計方向に60度傾斜した第三の方向に等間隔に並べられた炭素繊維が長尺方向に配向された第三のテーププリプレグ群が、互いに2つのテーププリプレグ群が重なり且つ3つのテーププリプレグ群が同じ位置で重ならないようにそれぞれ順に積層されるとともに、上記第一のテーププリプレグ、上記第二のテーププリプレグおよび上記第三のテーププリプレグから構成される正三角形領域からテーププリプレグの交差領域を除いた集合領域の形状で、上記第一の方向に炭素繊維が一方向に配向された第一のプリプレグシート群、上記第一の方向に対して反時計方向に60度傾斜した第二の方向に炭素繊維が一方向に配向された第二のプリプレグシート群、および上記第一の方向に対して時計方向に60度傾斜した第三の方向に炭素繊維が一方向に配向された第三のプリプレグシート群が上記集合領域にそれぞれ順に積層されて加圧下で加熱されることにより成形され、且つ3つのグリッドサイド群によって囲まれたインサート部材に穴加工されたインサート付先進グリッド構造体において、
上記第一のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第一のグリッドサイド群、上記第二のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第二のグリッドサイド群、および上記第三のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第三のグリッドサイド群の中で、上記第二のグリッドサイド群と上記第三のグリッドサイド群とが交差する領域の中心点と当該交差する領域に最近接の上記第二のグリッドサイド群と上記第三のグリッドサイド群とが交差する領域の中心点との間隔でグリッドサイド幅を除算して得られる構造比が0より大きく且つ0.089以下であるとともに、3つのグリッドサイド群によって囲まれた上記インサート部材が炭素繊維強化プラスチック構造であることにより、熱膨張係数が−0.9ppm/K以上且つ0.9ppm/K以下であることを特徴とするインサート付先進グリッド構造体。
First tape prepreg group in which carbon fibers arranged at equal intervals in the first direction are oriented in the longitudinal direction, etc. in a second direction inclined 60 degrees counterclockwise with respect to the first direction, etc. Second tape prepreg group in which carbon fibers arranged at intervals are oriented in the longitudinal direction, and carbon arranged at equal intervals in a third direction inclined 60 degrees clockwise with respect to the first direction The third tape prepreg group in which the fibers are oriented in the longitudinal direction are laminated in order so that the two tape prepreg groups overlap each other and the three tape prepreg groups do not overlap at the same position. In the shape of the gathering region excluding the cross region of the tape prepreg from the equilateral triangle region composed of the tape prepreg, the second tape prepreg and the third tape prepreg, the first direction A first prepreg sheet group in which carbon fibers are oriented in one direction, and a second prepreg sheet group in which carbon fibers are oriented in one direction in a second direction inclined 60 degrees counterclockwise with respect to the first direction. A prepreg sheet group and a third prepreg sheet group in which carbon fibers are oriented in one direction in a third direction inclined 60 degrees clockwise with respect to the first direction are sequentially stacked in the assembly region. In an advanced grid structure with an insert formed by being heated under pressure and drilled in an insert member surrounded by three grid side groups,
A first grid side group that is in the same direction as the first tape prepreg group and constitutes one side of the grid group, and a second grid that is in the same direction as the second tape prepreg group and constitutes one side of the grid group Among the grid side group and the third grid side group that is in the same direction as the third tape prepreg group and constitutes one side of the grid group, the second grid side group and the third grid side group The grid side width is divided by the distance between the center point of the region where the crossing and the center point of the region where the second grid side group closest to the crossing region intersects the third grid side group. as well as the structure ratio obtained is larger and 0.089 or less than 0 Te, three of said insert member is a carbon fiber reinforced flop surrounded by the grid side group By a stick structure, the insert with the advanced grid structure, characterized in that the thermal expansion coefficient is not more than -0.9 ppm / K or more and 0.9 ppm / K.
第一の方向に等間隔に並べられた炭素繊維が長尺方向に配向された第一のテーププリプレグ群、上記第一の方向に対して反時計方向に60度傾斜した第二の方向に等間隔に並べられた炭素繊維が長尺方向に配向された第二のテーププリプレグ群、および上記第一の方向に対して時計方向に60度傾斜した第三の方向に等間隔に並べられた炭素繊維が長尺方向に配向された第三のテーププリプレグ群が、互いに2つのテーププリプレグ群が重なり且つ3つのテーププリプレグ群が同じ位置で重ならないようにそれぞれ順に積層されて加圧下で加熱されることにより成形された先進グリッド構造体の3つのグリッドサイド群によって囲まれた正三角形の空間に、正三角柱形状の成形型に炭素繊維を0度方向、+60度方向、−60度方向に擬似等方になるようにプリプレグを積層して加圧下で加熱することにより成形された炭素繊維強化プラスチック構造のインサート部材を接着剤で接着し、インサート部材に穴加工されたインサート付先進グリッド構造体において、
上記第一のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第一のグリッドサイド群、上記第二のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第二のグリッドサイド群、および上記第三のテーププリプレグ群と同方向であるとともにグリッド群の一辺を構成する第三のグリッドサイド群の中で、上記第二のグリッドサイド群と上記第三のグリッドサイド群とが交差する領域の中心点と当該交差する領域に最近接の上記第二のグリッドサイド群と上記第三のグリッドサイド群とが交差する領域の中心点との間隔でグリッドサイド幅を除算して得られる構造比が0より大きく且つ0.089以下であるとともに、インサート部材が3つのグリッドサイド群によって囲まれた正三角形の空間に接する正三角形状構造の熱膨張係数よりも低い熱膨張係数を有する炭素繊維強化プラスチック構造であることにより、熱膨張係数が−0.9ppm/K以上且つ0.9ppm/K以下であることを特徴とするインサート付先進グリッド構造体。
First tape prepreg group in which carbon fibers arranged at equal intervals in the first direction are oriented in the longitudinal direction, etc. in a second direction inclined 60 degrees counterclockwise with respect to the first direction, etc. Second tape prepreg group in which carbon fibers arranged at intervals are oriented in the longitudinal direction, and carbon arranged at equal intervals in a third direction inclined 60 degrees clockwise with respect to the first direction The third tape prepreg group in which the fibers are oriented in the longitudinal direction is laminated in order so that the two tape prepreg groups overlap each other and the three tape prepreg groups do not overlap at the same position, and are heated under pressure. In the space of the equilateral triangle surrounded by the three grid side groups of the advanced grid structure formed by the carbon fiber in the equilateral triangular prism shaped mold in the 0 degree direction, +60 degree direction, -60 degree direction, etc. The insert member of the molded carbon fiber reinforced plastic structures bonded with adhesive, in a hole machined advanced grid structure with insert in the insert member by heating at by laminating prepregs under pressure so that,
A first grid side group that is in the same direction as the first tape prepreg group and constitutes one side of the grid group, and a second grid that is in the same direction as the second tape prepreg group and constitutes one side of the grid group Among the grid side group and the third grid side group that is in the same direction as the third tape prepreg group and constitutes one side of the grid group, the second grid side group and the third grid side group The grid side width is divided by the distance between the center point of the region where the crossing and the center point of the region where the second grid side group closest to the crossing region intersects the third grid side group. as well as the structure ratio obtained is larger and 0.089 or less than 0 Te, against the space of an equilateral triangle which insert is surrounded by three grid side group A carbon fiber reinforced plastic structure having a thermal expansion coefficient lower than that of the regular triangular structure having a thermal expansion coefficient of −0.9 ppm / K or more and 0.9 ppm / K or less. Advanced grid structure with insert.
インサート部材の穴が位置精度の高精度なネジ穴となるよう加工されることを特徴とする請求項1乃至2のいずれか一項に記載のインサート付先進グリッド構造体。   The advanced grid structure with an insert according to any one of claims 1 to 2, wherein the hole of the insert member is processed so as to be a highly accurate screw hole with a high positional accuracy.
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