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JP6778221B2 - 締結構造 - Google Patents

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Description

本発明は、締結構造に関する。
航空機などでは、特許文献１に示すように、複合材で構成される第１構造部材と第２構造部材がファスナで締結される。落雷などによって第１構造部材、第２構造部材間で電流が流れると、ファスナに電流が集中してスパークが生じるおそれがある。
そこで、特許文献１では、ファスナとは別に導電体が設けられる。導電体は、第１構造部材と第２構造部材の少なくとも一方を貫通し、第１構造部材と第２構造部材の間に設けられた導電層に当接する。第１構造部材と第２構造部材の一方に流れ込んだ電流は導電体から導電層に流れることから、ファスナへの電流集中が抑えられる。
特許第６１３９５８２号公報
しかし、複合材の各層を流れる電流は、層間方向には流れ難い。そのため、特許文献１に記載の構成であっても、導電層に流れなかった電流がファスナに集中してスパークが生じるおそれがあった。
そこで、本発明は、スパークの発生を抑制することが可能な締結構造を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の締結構造は、複数の層が積層されてなる第１内側層と複数の層が積層されてなる第１外側層とが積層された第１構造部材と、複数の層が積層されてなる第２内側層と複数の層が積層されてなる第２外側層とが積層された第２構造部材と、第１構造部材および第２構造部材を貫通して締結し、絶縁体で構成される締結部材と、を備え、第１内側層は、第１外側層よりも第２構造部材側に位置し、導電性複合材で構成され、第２構造部材側の表面に導電性の第１導電面が形成され、第２内側層は、第２外側層よりも第１構造部材側に位置し、導電性複合材で構成され、第１構造部材側の表面に、第１導電面に当接しつつ第１導電面外に延びる導電性の第２導電面が形成される。
本発明によれば、スパークの発生を抑制することができる。
締結構造を説明するための図である。 図１のＩＩ矢視の一部抽出図である。 電流の流れを説明するための図である。 変形例を説明するための図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
図１は、締結構造１を説明するための図である。締結構造１は、例えば、航空機に用いられる。締結構造１は、図１に示すように、第１構造部材２０、第２構造部材３０、締結部材４０を含んで構成される。第１構造部材２０、第２構造部材３０は、例えば、炭素繊維強化プラスチックなどの複合材で構成される。第１構造部材２０と第２構造部材３０は、積層された状態で締結部材４０によって締結される。以下、第１構造部材２０と第２構造部材３０が積層される方向を単に積層方向という。
図２は、図１のＩＩ矢視の一部抽出図である。図２に示すように、第１構造部材２０は、第１内側層２１、第１外側層２２が積層方向に積層されて構成される。第１内側層２１は、第１外側層２２よりも第２構造部材３０側に位置する。第１内側層２１のうち、第２構造部材３０側の表面には、第１導電面２１ａが形成される。
第１内側層２１は、導電性複合材で構成される。導電性複合材は、例えば、導電性高分子、導電性樹脂を含んで構成されてもよいし、カーボンナノチューブを含んで構成されてもよい。第１外側層２２は、非導電性複合材で構成される。
第１内側層２１、第１外側層２２は、それぞれ、複数の層が積層方向に積層されて構成される。ただし、第１内側層２１、第１外側層２２は、１つの層で構成されてもよい。第１内側層２１、第１外側層２２を構成する各層には、繊維が積層方向に対して大凡垂直な方向（以下、単に面方向という）に延在している。
また、第１構造部材２０には、貫通孔２０ａが形成される。貫通孔２０ａは、第１構造部材２０を積層方向に貫通する。すなわち、貫通孔２０ａは、第１内側層２１（第１導電面２１ａ）、第１外側層２２を積層方向に貫通する。
同様に、第２構造部材３０は、第２内側層３１、第２外側層３２が積層方向に積層されて構成される。第２内側層３１は、第２外側層３２よりも第１構造部材２０側に位置する。第２内側層３１のうち、第１構造部材２０側の表面には、第２導電面３１ａが形成される。第２導電面３１ａは、第１導電面２１ａに当接（例えば、面接触）している。
第２内側層３１は、導電性複合材で構成される。導電性複合材は、例えば、導電性高分子、導電性樹脂を含んで構成されてもよいし、カーボンナノチューブを含んで構成されてもよい。第２外側層３２は、非導電性複合材で構成される。
第２内側層３１、第２外側層３２は、それぞれ、複数の層が積層方向に積層されて構成される。ただし、第２内側層３１、第２外側層３２は、１つの層で構成されてもよい。第２内側層３１、第２外側層３２を構成する各層には、繊維が積層方向に対して大凡垂直な方向（以下、単に面方向という）に延在している。
また、第２構造部材３０には、貫通孔３０ａが形成される。貫通孔３０ａは、第２構造部材３０を積層方向に貫通する。すなわち、貫通孔３０ａは、第２内側層３１（第２導電面３１ａ）、第２外側層３２を積層方向に貫通する。
締結部材４０は、例えば、ボルト、ナットなどの金属製のファスナで構成される。締結部材４０は、第１構造部材２０の貫通孔２０ａおよび第２構造部材３０の貫通孔３０ａに挿通され、第１構造部材２０および第２構造部材３０を締結する。すなわち、締結部材４０は、第１導電面２１ａおよび第２導電面３１ａを貫通している。
ここで、締結部材４０は、貫通孔２０ａ、貫通孔３０ａに対して、締り嵌め（インターフェアレンスフィット）であってもよいし、中間嵌め（トランジションフィット）であってもよい。また、締結部材４０は、貫通孔２０ａ、貫通孔３０ａに対して、隙間嵌め（クリアランスフィット）であってもよい。
図３は、電流の流れを説明するための図である。図３（ａ）には、図２と同じ向きの矢視図を示し、図３（ｂ）には、図２のＩＩＩｂ矢視図を示す。また、図３（ｃ）、図３（ｄ）には、比較例を示す。図３中、電流の流れを一点鎖線の矢印で示す。
比較例においては、第１構造部材Ｆおよび第２構造部材Ｓは、いずれも導電性複合材を含まない。例えば、落雷などで第１構造部材Ｆを流れる電流は、層間方向に流れずに、図３（ｃ）、図３（ｄ）に示すように締結部材４０に集中してしまう。そのため、スパークが生じるおそれがある。
本実施形態では、上記のように、第１内側層２１、第２内側層３１が導電性複合材で構成される。そのため、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、電流は、第１構造部材２０のうち、主に第１内側層２１内を流れる。そして、電流は、締結部材４０にあまり集中することなく、第１導電面２１ａ、第２導電面３１ａを介して第２内側層３１に流れ込み、第２内側層３１から外部に拡散する。その結果、締結部材４０への電流集中が抑えられ、スパークの発生が抑制される。
図４は、変形例を説明するための図である。図４に示すように、変形例では、第２構造部材１３０は、複合材ではなく金属で構成される。第２構造部材１３０のうち、第１構造部材２０側の表面には、第２導電面１３１ａが形成される。第２導電面１３１ａは、第１導電面２１ａと当接している。
変形例においても、上述した実施形態と同様、電流は、第１構造部材２０のうち、主に第１内側層２１内を流れ、締結部材４０にあまり集中することなく、第１導電面２１ａ、第２導電面１３１ａを介して第２構造部材１３０に流れ込む。第２構造部材１３０は金属であるため、電流が流れ易く、締結部材４０への電流集中が抑えられ、スパークの発生が抑制される。
ここでは、第１構造部材２０から第２構造部材３０、１３０に電流が流れる場合について説明したが、第２構造部材３０、１３０から第１構造部材２０に電流が流れてもよい。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上述した実施形態および変形例では、締結構造１が、例えば、航空機に用いられる場合について説明した。しかし、締結構造１は、車両など、航空機以外の装置に用いられてもよい。なお、締結構造１は、特に、航空機においては、スパークによる影響が大きくなり易い燃料タンク、客室、電装品などの近傍（内部）に設けられてもよい。
また、上述した実施形態および変形例では、締結部材４０が、金属製のファスナで構成される場合について説明した。しかし、締結部材４０は、絶縁体で構成されてもよい。
また、上述した実施形態および変形例では、第１構造部材２０が、第１内側層２１と第１外側層２２を含んで構成される場合について説明した。しかし、第１外側層２２は必須構成ではない。例えば、第１構造部材２０全体が導電性複合体の第１内側層２１で構成されてもよい。ただし、第１外側層２２を設けることで、非導電性複合材よりも高価な導電性複合材の使用量を抑えてコストを低減することができる。
本発明は、締結構造に利用できる。
１ 締結構造
２０ 第１構造部材
２１ 第１内側層（第１導電面が形成された層）
２１ａ 第１導電面
３０、１３０ 第２構造部材
３１ａ、１３１ａ 第２導電面
４０ 締結部材

Claims (1)

  1. 複数の層が積層されてなる第１内側層と複数の層が積層されてなる第１外側層とが積層された第１構造部材と、
    複数の層が積層されてなる第２内側層と複数の層が積層されてなる第２外側層とが積層された第２構造部材と、
    前記第１構造部材および前記第２構造部材を貫通して締結し、絶縁体で構成される締結部材と、
    を備え、
    前記第１内側層は、前記第１外側層よりも前記第２構造部材側に位置し、導電性複合材で構成され、前記第２構造部材側の表面に導電性の第１導電面が形成され、
    前記第２内側層は、前記第２外側層よりも前記第１構造部材側に位置し、導電性複合材で構成され、前記第１構造部材側の表面に、前記第１導電面に当接しつつ前記第１導電面外に延びる導電性の第２導電面が形成される締結構造。
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