(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙利用のための構造パネルの組立て構造体であって、
剛性の、基本的に平らなパネルと、
成形により作られ、前記パネルに接着される少なくとも１つの一体型の取付け部品と
を含み、該取付け部品が、
接着剤を受けることができる窪み、および
前記窪み及び少なくとも１つの開口の周りに前記接着剤を保持するように意図されたリム
を含む、「ブレード」と呼ばれる少なくとも１つの第１の平らな面と、
前記第１の平らな面に固定されたバーと
を備え、
前記取付け部品及び前記パネルの材料が複合材であり、
前記バーは、膨張係数が前記取付け部品の材料の膨張係数よりも大きい金属インサートを含み、前記取付け部品を成形するとき、前記金属インサートが金型の中に置かれることを特徴とする構造体であって、
第１のブレードと平行で同じ特性を有する第２のブレードを備え、双方のブレードが前記バーに固定され、２つのブレード間の距離が実質的に前記パネルの厚さに相当し、前記取付け部品がサドルを形成することを特徴とする、
構造体。
【請求項２】
前記取付け部品が、熱硬化性樹脂であらかじめ含浸されたカーボンファイバーの塊で作られることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記金属インサートが、該インサートの抜け出しを防止するフランジを前記バーの内部に備えることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項４】
前記金属インサートが２つの実質的に円筒形の部分を備え、より大きな直径の部分が前記フランジであることを特徴とする、請求項３に記載の構造体。
【請求項５】
前記金属インサートがアルミ製であることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項６】
前記金属インサートの軸が、前記取付け部品の前記ブレードの面内にあることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項７】
前記サドルが各々少なくとも３つの開口を含み、その１つが接着剤を前記ブレードの窪み内へ挿入するために使用されることができ、その他の２つが位置決め用の穴であることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項８】
宇宙利用のための構造パネルの組立て構造体を製作する方法であって、：
金属インサートを含む金型の中において、熱硬化性樹脂で含浸されたカーボンファイバーを熱間圧縮する第１ステップであり、このように成形された部分が取付け部品と称され、そして：
ブレードと呼ばれる少なくとも１つの第１の平らな面で形成される第１の部分であって、窪みと前記ブレードを貫通する少なくとも１つの穴とを含む第１の部分と、
膨張係数が複合材の膨張係数よりも大きい金属インサートを含む、前記第１の平らな面に固定されたバーで形成される第２の部分と
を備える、ステップと、
前記取付け部品の前記バーをねじ切りするようなやり方で、前記金属インサートをめねじ切りする第２ステップと、
前記取付け部品の前記第１の平らな面を、ベースプレートがカーボン製である構造パネルに接着する第３ステップと
を含むものであって、
第１のブレードと平行で同じ特性を有する第２のブレードを備え、双方のブレードが前記バーに固定され、２つのブレード間の距離が実質的に前記パネルの厚さに相当し、前記取付け部品がサドルを形成することを特徴とする、方法。
【請求項９】
前記第１ステップが１２０℃に近い温度で行なわれることを特徴とする、請求項８に記載の構造体を製作する方法。
【請求項１０】
前記第１ステップが、前記取付け部品を前記パネル上に位置決めするための、前記ブレードを貫通する他の２つの穴の、成形による作製を含み、前記パネルがマーキング用のポイントを備え、前記穴が「位置決め用の穴」と称されることを特徴とする、請求項８に記載の構造体を製作する方法。
【請求項１１】
前記金属インサートのめねじ切りの方向が前記ブレードの面内にあり、かつ前記パネルを前記取付け部品へ挿入する方向に平行な軸の上にあることを特徴とする、請求項８に記載の構造体を製作する方法。
【請求項１２】
前記パネルのベースプレート上のマーキングポイントを作製するステップが、前記ベースプレートに穴を機械加工することを含むことを特徴とする、請求項８に記載の構造体を製作する方法。
【請求項１３】
前記第３ステップが、前記ブレードを貫通する前記穴を通じて、少なくとも１つのブレードの前記窪み内へ接着剤を導入することにより行なわれることを特徴とする、請求項８に記載の構造体を製作する方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の構造体であって、
宇宙利用のための構造パネルの組立て構造体であって、
剛性の、基本的に平らな複数のパネルと、
成形により作られ、前記複数のパネルのうちの１つのパネルにそれぞれ接着される複数の一体型の取付け部品と
を含み、それぞれの取付け部品が、
接着剤を受ける窪み、および
前記窪み及び少なくとも１つの開口の周りに前記接着剤を保持するリム
を含む、前記パネルに接着される「ブレード」と呼ばれる少なくとも１つの第１の平らな面と、
前記第１の平らな面に固定されたバーと
を備え、
前記複数の取付け部品及び前記複数のパネルの材料が複合材であり、
前記バーは、膨張係数が前記取付け部品の材料の膨張係数よりも大きい金属インサートを含み、前記取付け部品を成形するとき、前記金属インサートが金型の中に置かれることを特徴とする構造体であって、
前記複数の一体型の取付け部品は、それぞれのバーを介して互いに連結されている
構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は構造的取付け用具としても知られる取付け部品を用いた、カーボンファイバーを主材料とする複合材の表面を有する組立てパネル用装置の分野に関する。本発明の装置は、とりわけ限界温度［−５０℃、＋８０℃］が構造体の熱膨張を強いる、宇宙利用のための衛星構造体の組立て分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、宇宙に配備されることを目的としている衛星構造体は、そのベースプレートが一般的にカーボン製であるサンドウィッチ・パネルから成る。これらのパネルを組み立てるため、取付け部品が該パネルを互いに結合し固定するために用いられる。パネルは一般的に積載荷重を受けるために適する、箱型又は壁で仕切られた構造体を製作するために組み立てられる。
【０００３】
例えば、１つの既知の解決策は、カーボンファイバーを主材料とする複合パネルが間に挿入され、続いて接着される、２つの平らで平行な面を備えたアルミの取付け部品を用いる。取付け部品は、次に別の取付け部品に例えばねじ留めで取り付けられ得る。
【０００４】
衛星の任務を考慮すると、宇宙における条件はそれらの構造体に大きな温度変化を強いる。一般的に［−５０℃、＋８０℃］の範囲は、大多数の静止通信衛星の任務に当てはまると考えられる。
【０００５】
そのような温度変化の場合に構造材は膨張し、組み立てられた構造体の接合部、とりわけパネルと取付け部品との間の接着された接合部において抵抗力を生み出す。材料が異なると、膨張係数もまたカーボンに関しては約２×１０−６Ｋ−１、そしてアルミに関しては約２０×１０−６Ｋ−１と異なり、それは高温及び低温では接着部において大きなせん断力を生じる。
【０００６】
これらの条件下で、−５０℃における該構造体の取付け部品のレベルでの強度低下は、アルミとカーボンとの熱膨張係数の差を考慮すると、大気温度における強度の４０％近くになり得ると考えられる。
【０００７】
さらに最新の衛星は、様々で多様な任務を伴うますます多目的な衛星であり、衛星構造体のより広範囲の温度を考慮することにつながっている。考慮されるべき温度範囲は、かつてなく広くなっており、構造体破壊の潜在的な危険性は増大している。
【０００８】
実際、取付け部品をパネルに固定するこのタイプの用途に関しては、取付け部品の少なくとも１つの事前に機械加工された平らな面が一般にパネルに接着される。取付け部品が２つずつ接合されるとき、パネル同士は互いに固定される。
【０００９】
そのような装置の１つの欠点は、低温及び高温において、異なる膨張係数を有する材料が共に接着されたとき、接着された接合部により基本的に支えられる大きな力にさらされるということである。
【００１０】
１つの科せられるリスクは、広範囲にわたる多くの温度変化によって生じる材料の膨張の結果として、接着された接合部が早過ぎる時期に破壊することである。
【００１１】
これらの条件下で、接合部破壊の危険性を軽減するために取付け部品を強化することは、多くの実施上の問題を伴う。
【００１２】
これらの問題を部分的に解決する１つの方法はチタンの構造的取付け金具を使用することである。この際チタンはアルミよりもカーボンにより近い膨張係数を有する。
【００１３】
他方で、この解決策は高価となり、部品の機械加工を困難にし、そして大きな制約である表面処理を必要とするという欠点を有する。
【００１４】
別の知られた解決策は、金属の構造的取付け具を、ベースプレートの重合の際にパネルに熱間接着される積層カーボンブロックに置き換えることである。
【００１５】
この解決策は新たな欠点を有する。特に、とりわけ高温における繊維方向に直角な方向へのカーボンの大きなクリープと、２つのパネル間のねじ留め加工の困難さは、取付け装置及びパネルの製作を複雑にする。その上、この解決策は製作工程における非常に早い段階で詳細なパネル組立て仕様を決定することを必須にする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の１つの目的は、これらの欠点を取り除くことである。本発明の装置はパネルと同じ材料又は類似の材料、特にその膨張係数が小さいカーボンファイバーで成形された取付け部品を提供し、そして該構造体のパネル間に機械的荷重が通過することに耐え得る金属インサートを、成形された部品の中に提供する。この解決策はねじ留めされた組立品の製作方法を提供し、そして接着された接合部により支持される荷重を、カーボンファイバー又はカーボンファイバーの塊から成る取付け具内に含まれる、金属インサートに伝える利点を有する。
【００１７】
構造パネルの組立て構造体は、
剛性の、基本的に平らなパネルと、
成形により作られ、パネルに接着される少なくとも１つの一体型の取付け部品と
を含み、該取付け部品が、
接着剤を受けることができる窪み、および
窪み及び少なくとも１つの開口の周りに接着剤を保持するように意図されたリム
を含む、「ブレード」と呼ばれる少なくとも１つの第１の平らな面と、
第１の平らな面に固定されたバーと
を備えることが有利である。
【００１８】
構造パネルの組立て構造体は：
取付け部品及びパネルの材料が複合材であり、そして
バーは、膨張係数が取付け部品の材料の膨張係数よりも大きい金属インサートを含み、取付け部品を成形するとき、金属インサートが金型の中に置かれるのが有利である。
【００１９】
取付け部品は、熱硬化性樹脂であらかじめ含浸されたカーボンファイバーの塊で作られることが有利である。
【００２０】
金属インサートは、バーの内側にインサートの抜け出しを防止するフランジを備えることが有利である。
【００２１】
金属インサートは２つの実質的に円筒形の部分を備え、より大きな直径の部分がフランジであることが有利である。
【００２２】
金属インサートはアルミ製であることが有利である。
【００２３】
金属インサートの軸は、取付け部品のブレードの面内にあることが有利である。
【００２４】
本構造体は第１のブレードに平行で同じ特性を有する第２のブレードを備え、双方のブレードはバーに固定され、２つのブレード間の距離は実質的にパネルの厚さに相当し、取付け部品がサドルを形成することが有利である。
【００２５】
ブレードは各々が少なくとも３つの開口を備え、その１つが接着剤をブレードの窪みに挿入するために使用でき、その他の２つが位置決め用の穴であることが有利である。
【００２６】
構造パネル組立て構造体を製作する方法は、
金属インサートを含む金型の中において、熱硬化性樹脂で含浸されたカーボンファイバーを熱間圧縮する第１ステップであって、このように成形された部分が取付け部品と称され、そして：
ブレードと呼ばれる少なくとも１つの第１の平らな面で形成される第１の部分であって、窪みとブレードを貫通する少なくとも１つの穴とを含む第１の部分と、
膨張係数が複合材の膨張係数よりも大きい金属インサートを含む、第１の平らな面に固定されたバーで形成される第２の部分と
を備えるステップと、
取付け部品のバーをねじ切りするようなやり方で、金属インサートをめねじ切りする第２ステップと、
取付け部品の第１の平らな面を、ベースプレートがカーボン製である構造パネルに接着する第３ステップとを含むことが有利である。
【００２７】
第１ステップは１２０℃に近い温度で行なわれることが有利である。
【００２８】
第１ステップは、取付け部品をパネル上に位置決めするための、ブレードを貫通する他の２つの穴の、成形による作製を含み、パネルがマーキング用のポイントを備えることが有利であり、この穴は「位置決め用の穴」と称される。
【００２９】
金属インサートのめねじ切りの方向はブレードの面内にあり、パネルを取付け部品へ挿入する方向に平行な軸の上にあることが有利である。
【００３０】
パネルのベースプレート上のマーキングポイントを作るステップは、ベースプレート内に穴を機械加工することを含むのが有利である。
【００３１】
第３ステップはブレードを貫通する穴を通じて、少なくとも１つのブレードの窪み内へ接着剤を導入することにより行なわれるのが有利である。
【００３２】
本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照して与えられる以下の説明に照らして明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１Ａは取付け部品１により代表される、本発明の基幹的な手段の一実施形態を表わす。これは熱硬化性樹脂であらかじめ含浸されたカーボンファイバーの塊のような複合材において、熱間圧縮により成形される。樹脂は例えばエポキシ樹脂であり得る。このために、金型が取付け部品用に製作される。
【００３４】
本説明の残りの部分において、一体型の取付け部品１の２つの異なる機能部分間の区別がなされる。第１の部分は、取付け部品１を、例えばねじで、他の取付け部品に固定するために使用されるバー２を構成し、そして図１において第２の部分は、その技術用語が「ブレード」である２つの平行な面３、３’から成る。特にそれらブレードは、厚さが実質的にこれら２つの面間の距離に等しい平らなパネルを受ける。
【００３５】
取付け部品は、カーボンベースの材料を軟化させるため１２０℃に近い温度で成形され、その結果、金型の形状をとることができる。
【００３６】
加熱は約５分間を要する。金型は取付け部品１のブレード３、３’内に穴５、５’を生成するために２つの突起部分を含む。穴５、５’は取付け部品１の内面上へ接着剤を侵入させるために用いられる。
【００３７】
図１Ｂは取付け部品１の断面図である。本発明は取付け部品１を成形し、成形中に金属インサート６をその中へ挿入する。金属インサート６はアルミ製であり得ることが有利であり、円筒形の第１部分６’及びフランジを形成する第２部分６’’を備え、該２つの部分は共に結合されている。フランジ６’’は軸力を伝達するときにインサートを取付け部品１の中で保持する。
【００３８】
その最終的な用途として、インサートは例えば、ねじを用いて固定されるべき軸方向の取付けを可能にするために、めねじ切りされるように意図される。
【００３９】
好適な実施形態において、フランジ６’’もまた円筒形状であって、円筒形の第１部分６’と同心であり得る。
【００４０】
金属インサートは、該インサート６の円筒形の第１部分６’の軸がブレード３、３’の面内にあり、該インサートの軸が、取付け部品のパネルへの適用方向に平行であるように位置することが有利である。荷重の分布を最適化するために、金属インサートはバーの外側面の中央に置かれ得る。
【００４１】
１２０℃に近い温度での熱間圧縮による取付け部品の成形の間に、膨張した金属インサートは有利にも冷却の際に、該金属インサートと取付け部品との間に小さな隙間を生み出す。この隙間は、［−５０℃、＋８０℃］の範囲の温度での環境におけるその後の膨張の際に金属インサートの熱膨張により生じる、取付け部品への追加的な力を防止する。
【００４２】
部品１の内側において、ブレード３、３’はそれぞれ窪み７、７’を備える。この窪み７、７’は、パネルがブレード３、３’の間に挿入されて、接着剤がオリフィス５、５’を経由して導入される際に該接着剤を受け止める。
【００４３】
図２は取付け部品１を備える本発明の構造的装置を表わし、パネル２１は上部ベースプレート及び下部ベースプレートを含み、接着剤２０、２０’がオリフィス５、５’を経由して挿入されている。パネル２１は取付け部品１の２つのブレード３、３’の間に挿入されている。接着剤はオリフィス５、５’を経由して注入され、窪み７、７’内に溜まる。
【００４４】
次にパネル２１は、取付け部品１の面とパネルのベースプレートの面との接着により、部品１内に保持される。
【００４５】
本発明の衛星の構造パネルの一例は、取付け部品１の内面に接着されるように意図された、２枚の外部カーボン・ベースプレートとパネル内側のハニカム構造とを備える。
【００４６】
図３は取付け部品１及びバー２内のインサート６を表わす。最終的に機械加工された状態のインサート６はめねじ切りされて、ねじ３１を受けるように適合されたねじ溝３０を含む。
【００４７】
この種の装置の主な利点は、パネルのカーボン・ベースプレートと、熱硬化性樹脂で含浸されたカーボンファイバーの塊から成る取付け部品とが類似の膨張係数であることを前提として、接着された接合部にかかる力の低減である。
【００４８】
この種の解決策の１つの利点は、それが取付け部品の形状のおかげで接着プロセスを単純化することである。また、接着されるように意図された取付け部品の表面は、接着前に何ら特別の処理を必要としない。さらに、製作費用は取付け部品をチタンで製作することに比べて安い。
【００４９】
別の利点は、成形段階で取付け部品中に置かれかつ保持されるインサートにより支持された軸方向のねじ接続の高い強度である。
【００５０】
図４は、一緒に固定され、二片の軸方向留め具４０、４１、４２、４３、４４、４５を形成する上述の取付け部品によって共に保持されている、５つの構造パネル４６、４７、４８、４９、５０の組立ての一例を表わす。
【００５１】
この例は、多数枚の構造パネルを組み立てる一例を説明している。
【００５２】
本発明の構造的装置を製作する別の方法は、１つの面だけを持つ、すなわち１つのブレードのみを有する成形部品を製作することである。取付け部品のブレードとパネルのベースプレートとを共に接着する原理は、上述と同様のままである。
【００５３】
別の実施形態は、多数の穴又はオリフィスを含む取付け部品１のブレードを備える。例えば、取付け部品１の成形は、金型が各ブレード内に３つの穴を形成することを可能にする。
【００５４】
この実施形態において、取付け部品１の各ブレードにおける１つの穴は、接着剤を窪みの中へ挿入するためのものであり、その他の２つの穴は、あらかじめパネルに施されたマーキングによって、ブレードをパネル上に位置決めするためのものである。
【００５５】
マーキングは、パネルのベースプレート上のブレード位置が、各ブレード内の２つの穴の中へピンを挿入することによってチェックできるように、穴であることが有利になり得る。
【００５６】
ブレード内及びベースプレート内のそれぞれの穴は、そのとき重ね合わされることが可能であり、取付け部品とパネルとの接着中は円筒形の軸方向インサートにより保持され、例えば後で取り除かれ得る。
【００５７】
本発明の構造体は、この用途の［−５０℃、＋８０℃］範囲には制限されず、これらの限界外の温度、特に−１８０℃〜＋２００℃の広範囲の温度において、有利に耐えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１Ａ】本発明の取付け部品の一実施形態の三次元視図である。
【図１Ｂ】本発明の取付け部品の一実施形態の断面図である。
【図２】取付け部品、パネル、及び接着された接合部の組合せの断面図である。
【図３】取付け部品及び、ねじと連係するために適合されたインサートを表わす。
【図４】５つの組み立てられたパネル及びそれらを一緒に固定する取付け部品の一例を図式的に表わす。
【符号の説明】
【００５９】
１  取付け部品
２  バー
３  ブレード、平行な面
３’  ブレード、平行な面
４、４’リム
５  穴、オリフィス
５’  穴、オリフィス
６  金属インサート
６’  円筒形の第１部分
６’’  フランジ、フランジを形成する第２部分
７  窪み
７’  窪み
２０  接着剤
２０’
接着剤
２１  パネル
３０  ねじ溝
３１  ねじ
４０  二片の軸方向留め具
４１  二片の軸方向留め具
４２  二片の軸方向留め具
４３  二片の軸方向留め具
４４  二片の軸方向留め具
４５  二片の軸方向留め具
４６  構造パネル
４７  構造パネル
４８  構造パネル
４９  構造パネル
５０  構造パネル
【図１Ａ】
0005526423.tif 000002
【図４】
0005526423.tif 000003
【図１Ｂ】
0005526423.tif 000004
【図２】
0005526423.tif 000005
【図３】
0005526423.tif 000006