(57)【要約】【課題】発熱体から熱を受ける場合、熱の滞留を抑制しつつ、外力による破損を抑制することができる複合材構造を提供する。【解決手段】複合材構造１は、発熱体２４に対向して配置され、ＰＡＮ系炭素繊維を含む第１複合部材２１と、発熱体２４と第１複合部材２１との間に配置され、ピッチ系炭素繊維を含む第２複合部材２２と、第１複合部材２１と第２複合部材２２との間に設けられ、第１複合部材２１及び第２複合部材２２にそれぞれ接合されると共に、第１複合部材２１及び第２複合部材２２よりも低剛性となる緩衝体２３と、を備え、第１複合部材２１は、隣接する構造体２５に連結して設けられる一方で、第２複合部材２２及び緩衝体２３は、構造体２５と分離して設けられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体に対向して配置され、ＰＡＮ系炭素繊維を含む第１複合部材と、
前記発熱体と前記第１複合部材との間に配置され、ピッチ系炭素繊維を含む第２複合部材と、
前記第１複合部材と前記第２複合部材との間に設けられ、前記第１複合部材及び前記第２複合部材を連結すると共に、前記第１複合部材及び前記第２複合部材よりも低剛性となる緩衝体と、を備え、
前記第１複合部材は、隣接する構造体に連結して設けられる一方で、前記第２複合部材及び前記緩衝体は、前記構造体と分離して設けられることを特徴とする複合材構造。
【請求項２】
前記緩衝体は、前記第１複合部材に接合される谷部と、前記第２複合部材に接合される山部とが交互に隣接する波板部材であることを特徴とする請求項１に記載の複合材構造。
【請求項３】
前記緩衝体は、前記第１複合部材に接合される第１接合面と、前記第２複合部材に接合される第２接合面とを有するパッド部材であることを特徴とする請求項１に記載の複合材構造。
【請求項４】
前記緩衝体は、ＰＡＮ系炭素繊維を含む複合部材であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の複合材構造。
【請求項５】
前記第２複合部材と対向する前記第１複合部材の対向面内において、前記第１複合部材に生じる荷重の方向を荷重方向とし、前記荷重方向に交わる所定の方向を非荷重方向とすると、
前記緩衝体は、前記荷重方向を繊維方向とする前記ＰＡＮ系炭素繊維が、前記非荷重方向を繊維方向とする前記ＰＡＮ系炭素繊維に比して少ないことを特徴とする請求項４に記載の複合材構造。
【請求項６】
前記第１複合部材と対向する前記第２複合部材の対向面内において、前記発熱体から受けた熱を伝達する所定の方向を伝熱方向とし、前記伝熱方向に交わる所定の方向を非伝熱方向とすると、
前記第２複合部材は、前記伝熱方向を繊維方向とする前記ピッチ系炭素繊維が、前記非伝熱方向を繊維方向とする前記ピッチ系炭素繊維に比して多いことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の複合材構造。
【請求項７】
前記第１複合部材は、前記ＰＡＮ系炭素繊維を含んで構成される単層のシートを、前記第１複合部材と前記第２複合部材とが対向する方向を積層方向として、疑似等方積層することで形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の複合材構造。
【請求項８】
前記第２複合部材と対向する前記第１複合部材の対向面内において、前記第１複合部材に生じる荷重の方向を一方の荷重方向とし、一方の前記荷重方向に交わる所定の方向を他方の荷重方向とすると、
前記第２複合部材及び前記緩衝体は、他方の前記荷重方向において、所定の隙間を空けて複数に分割されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の複合材構造。
【請求項９】
前記緩衝体は、前記第１複合部材側が、前記第２複合部材側に比して大きく変形することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の複合材構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる種類の炭素繊維を用いた複合材構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ピッチベース炭素繊維を含む第１セル壁と、パンベース炭素繊維を含む第２セル壁とが、選択的かつ必須的に複合して用いられる繊維強化プラスチック製のハニカム構造体が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献１には、ピッチベース炭素繊維よりなる繊維強化プラスチックと、パンベース炭素繊維よりなる繊維強化プラスチックとを比較すると、前者が、より熱伝導性が高いのに対し、後者は、より強度が高いことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２０７１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ピッチ系炭素繊維を含む炭素繊維強化プラスチック（以下、ピッチ系ＣＦＲＰと言う）と、ＰＡＮ系炭素繊維を含む炭素繊維強化プラスチック（以下、ＰＡＮ系ＣＦＲＰと言う）とを備える複合材構造は、熱を発する発熱体に対向して設けられる場合がある。この場合、複合材構造の熱の滞留を抑制すべく、熱伝導性の高いピッチ系ＣＦＲＰを強度部材として用いることが考えられる。ピッチ系ＣＦＲＰを強度部材として用いる場合、ピッチ系ＣＦＲＰは、隣接する他の構造体に連結される。このため、隣接する他の構造体に連結された状態で、ピッチ系ＣＦＲＰに外力が与えられると、ピッチ系ＣＦＲＰは、外力により変形する。しかしながら、ピッチ系ＣＦＲＰは、ＰＡＮ系ＣＦＲＰに比して破断歪みが低いことから、ＰＡＮ系ＣＦＲＰに比して破断し易いものとなる。
【０００５】
外力による破断を抑制するために、ＰＡＮ系ＣＦＲＰを、ピッチ系ＣＦＲＰと共に、他の構造体に連結することも考えられる。ＰＡＮ系ＣＦＲＰ及びピッチ系ＣＦＲＰに外力が与えられると、ＰＡＮ系ＣＦＲＰ及びピッチ系ＣＦＲＰは、外力により変形する。このとき、ピッチ系ＣＦＲＰは、他の構造体を介してＰＡＮ系ＣＦＲＰに連結されていることから、外力によるＰＡＮ系ＣＦＲＰの変形に追従して、ピッチ系ＣＦＲＰが変形する。しかしながら、ピッチ系ＣＦＲＰは、ＰＡＮ系ＣＦＲＰの変形に追従できず、ＰＡＮ系ＣＦＲＰに比して破断し易いものとなる。
【０００６】
そこで、本発明は、発熱体から熱を受ける場合、熱の滞留を抑制しつつ、外力による破損を抑制することができる複合材構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の複合材構造は、発熱体に対向して配置され、ＰＡＮ系炭素繊維を含む第１複合部材と、前記発熱体と前記第１複合部材との間に配置され、ピッチ系炭素繊維を含む第２複合部材と、前記第１複合部材と前記第２複合部材との間に設けられ、前記第１複合部材及び前記第２複合部材を連結すると共に、前記第１複合部材及び前記第２複合部材よりも低剛性となる緩衝体と、を備え、前記第１複合部材は、隣接する構造体に連結して設けられる一方で、前記第２複合部材及び前記緩衝体は、前記構造体と分離して設けられることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、第１複合部材は、ＰＡＮ系炭素繊維を含む複合部材となっていることから、外力によって破断し難い部材となる。また、第２複合部材は、ピッチ系炭素繊維を含む複合部材となっていることから、熱伝導性の高い部材となる。このため、第１複合部材に外力が与えられた場合、第１複合部材は破断し難いことから、隣接する構造体に連結して設けることで、強度部材として機能させることができる。また、発熱体から第２複合部材に熱が与えられた場合、第２複合部材は、熱伝導性が高いことから、熱を分散させたり、熱を逃がしたりすることができるため、第１複合部材及び第２複合部材が過剰に加熱されることを抑制することができる。ここで、第２複合部材は、隣接する構造体と分離して設けられていることから、構造体を介して第１複合部材の変形に追従して第２複合部材が変形することを抑制することができる。また、第２複合部材は、緩衝体を介して、第１複合部材と連結されている。ここで、緩衝体は、第１複合部材及び第２複合部材よりも低剛性となっているため、第１複合部材と第２複合部材との相対的な変位を許容することができる。このため、第２複合部材には、第１複合部材の変形による荷重が、緩衝体を介して伝達されることから、第１複合部材の変形に追従して第２複合部材が変形することをより抑制することができる。以上から、発熱体から熱を受ける場合であっても、第２複合部材により発熱体の熱を好適に分散したり、逃がしたりすることで複合材構造及び周囲空間への熱の滞留を抑制しつつ、第１複合部材を強度部材として機能させ、外力による第１複合部材及び第２複合部材の破損を抑制することができる。
【０００９】
また、前記緩衝体は、前記第１複合部材に接合される谷部と、前記第２複合部材に接合される山部とが交互に隣接する波板部材であることが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、緩衝体を波板部材とすることにより、緩衝体を山部と谷部とが隣接する方向に変形し易い構成とすることができる。
【００１１】
また、前記緩衝体は、前記第１複合部材に接合される第１接合面と、前記第２複合部材に接合される第２接合面とを有するパッド部材であることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、緩衝体をパッド部材とすることにより、緩衝体を簡易な構成とすることができる。
【００１３】
また、前記緩衝体は、ＰＡＮ系炭素繊維を含む複合部材であることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、緩衝体を、ＰＡＮ系炭素繊維を含む複合部材とすることで、第１複合部材と緩衝体とを同程度の強度とすることができる。また、緩衝体は、第１複合部材と同程度の破断歪みとなるため、外力により第１複合部材が変形することによって、第１複合部材と緩衝体との間が破断することを抑制することができる。
【００１５】
また、前記第２複合部材と対向する前記第１複合部材の対向面内において、前記第１複合部材に生じる荷重の方向を荷重方向とし、前記荷重方向に交わる所定の方向を非荷重方向とすると、前記緩衝体は、前記荷重方向を繊維方向とする前記ＰＡＮ系炭素繊維が、前記非荷重方向を繊維方向とする前記ＰＡＮ系炭素繊維に比して少ないことが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、荷重方向における緩衝体の剛性を、非荷重方向における緩衝体の剛性に比して低くすることができる。このため、緩衝体を非荷重方向に比べて荷重方向に変形し易い構成とすることができ、外力による第１複合部材の変形に好適に追従して、緩衝体を変形させることができる。
【００１７】
また、前記第１複合部材と対向する前記第２複合部材の対向面内において、前記発熱体から受けた熱を伝達する所定の方向を伝熱方向とし、前記伝熱方向に交わる所定の方向を非伝熱方向とすると、前記第２複合部材は、前記伝熱方向を繊維方向とする前記ピッチ系炭素繊維が、前記非伝熱方向を繊維方向とする前記ピッチ系炭素繊維に比して多いことが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、第２複合部材の伝熱方向における熱伝導性を、第２複合部材の非伝熱方向における熱伝導性に比して高くすることができるため、発熱体から受けた熱を伝熱方向に逃がし易いものとすることができる。
【００１９】
また、前記第１複合部材は、前記ＰＡＮ系炭素繊維を含んで構成される単層のシートを、前記第１複合部材と前記第２複合部材とが対向する方向を積層方向として、疑似等方積層することで形成されることが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、第１複合部材を、積層方向に直交する直交面内において等方性を有する構成とすることができる。つまり、第１複合部材を、直交面内において均一な強度（引張強度）とすることができるため、構造体に連結される強度部材として好適に機能させることができる。
【００２１】
また、前記第２複合部材と対向する前記第１複合部材の対向面内において、前記第１複合部材に生じる荷重の方向を一方の荷重方向とし、一方の前記荷重方向に交わる所定の方向を他方の荷重方向とすると、前記第２複合部材及び前記緩衝体は、他方の前記荷重方向において、所定の隙間を空けて複数に分割されていることが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、他方の荷重方向に第１複合部材が変形する場合であっても、他方の荷重方向に第２複合部材及び緩衝体を分割することで、第１複合部材の変形に追従して第２複合部材が変形することを抑制することができる。
【００２３】
また、前記緩衝体は、前記第１複合部材側が、前記第２複合部材側に比して大きく変形することが好ましい。
【００２４】
この構成によれば、緩衝体を、第１複合部材の変形に追従させ易いものとすることができるため、第１複合部材側の変形を好適に吸収することができる。また、緩衝体を、第１複合部材の変形を第２複合部材に伝え難いものとすることができるため、第２複合部材側との間の相対的な変位を小さいものとすることができ、緩衝体と第２複合部材との間が破断することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、実施例１に係る複合材構造を適用したヒートシールドの模式図である。
【図２】図２は、実施例１に係る複合材構造の図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図３は、実施例１に係る複合材構造の変形前後の状態を示す説明図である。
【図４】図４は、実施例２に係る複合材構造の図１のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図５は、実施例２に係る複合材構造の変形前後の状態を示す説明図である。
【図６】図６は、実施例３に係る複合材構造の外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせることも可能である。
【実施例１】
【００２７】
図１は、実施例１に係る複合材構造を適用したヒートシールドの模式図である。図２は、実施例１に係る複合材構造の図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、実施例１に係る複合材構造の変形前後の状態を示す説明図である。図１から図３に示す複合材構造１は、異なる種類の炭素繊維を用いた炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastic）が用いられている。この複合材構造１は、航空機を構成する航空部品として適用可能となっている。航空部品としては、例えば、ナセル１２の内側に設けられるヒートシールド１０であり、複合材構造１は、ヒートシールド１０を構成する構造体となっている。先ず、複合材構造１の説明に先立ち、図１を参照して、ヒートシールド１０周りの構造について説明する。
【００２８】
図１に示すように、ヒートシールド１０は、航空機に搭載されるガスタービンエンジン１１からナセル１２に与えられる熱を軽減することで、ナセル１２を熱から保護するものとなっている。ナセル１２は、円筒形状のハウジングとなっており、その内部にガスタービンエンジン１１を格納している。ガスタービンエンジン１１は、ナセル１２の内部に設けられており、作動することによって発熱する発熱体となっている。
【００２９】
ヒートシールド１０は、ナセル１２とガスタービンエンジン１１との間に設けられ、ナセル１２の内周側に設置されている。ヒートシールド１０は、ガスタービンエンジン１１側に設けられる伝熱部材１５と、ナセル１２と伝熱部材１５との間に設けられる連結部材１６とを備えている。伝熱部材１５は、ガスタービンエンジン１１から与えられる熱を所定の伝熱方向に伝達することで、熱を分散させたり、熱を逃がしたりしている。ここで、ナセル１２、伝熱部材１５及び連結部材１６には、複合材構造１が適用されている。以下、図２を参照して、複合材構造１について説明する。
【００３０】
図２に示すように、複合材構造１は、ＰＡＮ系炭素繊維を含む炭素繊維強化プラスチック（いわゆるＰＡＮ系ＣＦＲＰ）を用いて構成される第１複合部材２１と、ピッチ系炭素繊維を含む炭素繊維強化プラスチック（いわゆるピッチ系ＣＦＲＰ）を用いて構成される第２複合部材２２と、第１複合部材２１と第２複合部材２２との間に設けられる緩衝体２３とを備えている。この複合材構造１には、発熱体２４から熱が与えられると共に、外力が与えられることで、第１複合部材２１が変形する。なお、複合材構造１をヒートシールド１０に適用する場合には、第１複合部材２１がナセル１２に対応し、第２複合部材２２が伝熱部材１５に対応し、緩衝体２３が連結部材１６に対応し、発熱体２４がガスタービンエンジン１１に対応する。
【００３１】
ここで、ピッチ系ＣＦＲＰとＰＡＮ系ＣＦＲＰとについて比較する。ＰＡＮ系ＣＦＲＰは、ピッチ系ＣＦＲＰに比して破断歪みが高いことから、ＰＡＮ系ＣＦＲＰは、歪みに対して粘り強く、一方で、ピッチ系ＣＦＲＰは、歪みに対して脆いものとなる。また、ピッチ系ＣＦＲＰは、ＰＡＮ系ＣＦＲＰに比して熱伝導性（熱伝導率）が高いことから、ＰＡＮ系ＣＦＲＰは、熱が伝わり難く、一方で、ピッチ系ＣＦＲＰは、熱が伝わり易いものとなる。
【００３２】
第１複合部材２１は、板状に形成されており、発熱体２４に対向して設けられている。なお、第１複合部材２１をナセル１２に適用する場合、第１複合部材２１は、湾曲する板状または円筒形状に形成される。第１複合部材２１は、所定の方向における両端部が、隣接する両側の構造体２５にそれぞれ連結されている。つまり、第１複合部材２１は、一対の構造体２５の間に設けられて、一対の構造体２５を連結している。なお、第１複合部材２１は、一対の構造体２５に限らず、他の構造体に連結される場合もある。
【００３３】
この第１複合部材２１は、外力が与えられると、第２複合部材２２と対向する対向面内において変形する。このとき、外力により第１複合部材２１に生じる荷重の方向は、実施例１において、一対の構造体２５が対向する方向となる。ここで、外力は、第１複合部材２１に直接的に与えられる場合もあれば、構造体２５を介して第１複合部材２１に間接的に与えられる場合もある。なお、荷重方向は、一方向に限らず、複数の方向となる場合もある。また、第１複合部材２１は、荷重方向に交わる所定の方向が非荷重方向となる。非荷重方向は、荷重方向における荷重に比して小さな荷重となる方向である。このため、外力により変形する第１複合部材２１は、第２複合部材２２と対向する面内において、荷重方向と非荷重方向とが交差することとなる。
【００３４】
ここで、第１複合部材２１は、ＰＡＮ系ＣＦＲＰが用いられていることから、ピッチ系ＣＦＲＰが用いられる第２複合部材２２に比して破断歪みが高いものとなっている。このため、第１複合部材２１は、第２複合部材２２に比して変形による破断が生じ難いものとなることから、一対の構造体２５に連結して設けられることで、強度部材として機能する。
【００３５】
第２複合部材２２は、第１複合部材２１と発熱体２４との間に設けられている。なお、図２では、第２複合部材２２は、板状に形成されているが、この形状に特に限定されない。また、第２複合部材２２を伝熱部材１５に適用する場合、第１複合部材２１と同様に、第２複合部材２２は、湾曲する形状または円筒形状に形成される。この第２複合部材２２は、第１複合部材２１の荷重方向において、その両端部が、隣接する両側の構造体２５に対し、所定の隙間を空けてそれぞれ対向して設けられている。つまり、第２複合部材２２は、一対の構造体２５の間に設けられ、一対の構造体２５から分離した状態（非連結の状態）となっている。なお、所定の隙間は、第２複合部材２２の変形時において、構造体２５に物理的な干渉が生じない隙間となっている。
【００３６】
この第２複合部材２２は、一対の構造体２５との間にそれぞれ所定の隙間を設けていることから、第１複合部材２１の荷重方向における変形が、一対の構造体２５を介して第２複合部材２２に伝わらない。
【００３７】
ここで、第２複合部材２２は、ピッチ系ＣＦＲＰが用いられていることから、ＰＡＮ系ＣＦＲＰが用いられる第１複合部材２１に比して熱伝導率の高いものとなっている。このため、第２複合部材２２は、第１複合部材２１に比して熱を伝え易いものとなることから、発熱体２４から与えられた熱を分散させることができ、第１複合部材２１に与えられる熱を軽減することができる。なお、第２複合部材２２には、第２複合部材２２に接続される冷却装置を設けてもよく、この場合、第２複合部材２２は、発熱体２４から与えられた熱を冷却装置へ向けて逃がすことができる。
【００３８】
緩衝体２３は、ＰＡＮ系ＣＦＲＰを用いて構成され、第１複合部材２１と第２複合部材２２とを連結している。また、緩衝体２３は、第１複合部材２１及び第２複合部材２２よりも低剛性に形成される。このため、緩衝体２３は、第１複合部材２１と第２複合部材２２との相対的な変位を許容することができる。
【００３９】
具体的に、緩衝体２３は、山部２３ａと谷部２３ｂとが荷重方向に交互に隣接する波板部材となっている。このため、緩衝体２３は、荷重方向における変形が、荷重方向に直交する方向における変形に比して、変形し易いものとなっている。緩衝体２３は、その谷部２３ｂが第１複合部材２１に接合され、その山部２３ａが第２複合部材２２に接合されている。図３に示すように、緩衝体２３は、第１複合部材２１が変形すると、第１複合部材２１側となる谷部２３ｂの荷重方向における変形量が大きく、第２複合部材２２側となる山部２３ａの荷重方向における変形量が小さくなる。換言すれば、第１複合部材２１は、第２複合部材２２に比して変形量が大きいものとなる。
【００４０】
ここで、第１複合部材２１は、単層のシートを、第１複合部材２１と第２複合部材２２とが対向する方向を積層方向として、疑似等方積層することで形成される。単層のシートは、例えば、ＰＡＮ系炭素繊維の繊維方向を所定の方向に並べてエポキシ樹脂等の樹脂を含有させたプリプレグである。疑似等方積層では、シートの繊維方向が、荷重方向と同じ方向となる０°の状態と、荷重方向と４５°で交わる４５°の状態と、荷重方向と−４５°で交わる−４５°の状態と、荷重方向と直交する９０°の状態となる。そして、疑似等方積層では、０°の状態、４５°の状態、−４５°の状態及び９０°の状態が、それぞれ同じ数となるように、シートが積層方向に積層される。これにより、第１複合部材２１は、積層方向に直交する面内において、等方性を有する構成、すなわち、積層方向に直交する面内において、均一な強度（引張強度）の構成となる。
【００４１】
第２複合部材２２は、単層のシートを積層方向に複数積層することで形成される。単層のシートは、例えば、ピッチ系炭素繊維の繊維方向を所定の方向に並べてエポキシ樹脂等の樹脂を含有させたプリプレグである。また、ピッチ系炭素繊維は連続繊維を用いる。これにより、熱伝導性を高くすることができる。ここで、第２複合部材２２は、第１複合部材２１と対向する対向面内において、発熱体２４から受けた熱を逃がす所定の方向を伝熱方向とし、伝熱方向に直交する方向を非伝熱方向とする。このとき、第２複合部材２２は、伝熱方向を繊維方向とするシートが、非伝熱方向を繊維方向とするシートに比して多くなるように、単層のシートを積層方向に複数積層する。具体的に、伝熱方向を荷重方向に直交する方向とする場合、第２複合部材２２は、繊維方向が荷重方向と直交する９０°の状態のシートが多くなり、繊維方向が荷重方向と同じ方向となる０°の状態のシートが少なくなるように、シートが積層方向に積層される。これにより、第２複合部材２２は、伝熱方向に熱を伝え易く、非伝熱方向に熱を伝え難い構成となる。
【００４２】
緩衝体２３は、単層のシートを積層方向に複数積層することで形成される。単層のシートは、第１複合部材２１と同様に、ＰＡＮ系炭素繊維の繊維方向を所定の方向に並べてエポキシ樹脂等の樹脂を含有させたプリプレグである。ここで、緩衝体２３を第１複合部材２１及び第２複合部材２２よりも低剛性にする場合には、ＰＡＮ系炭素繊維の繊維方向を所定の方向としたり、ＰＡＮ系炭素繊維の中でも低剛性となる繊維を用いたり、ＰＡＮ系炭素繊維に浸される樹脂を低剛性のものとしたり、ＰＡＮ系炭素繊維の含有量を減らしたりする。具体的に、ＰＡＮ系炭素繊維の繊維方向を所定の方向とすることによって、緩衝体２３を低剛性にする場合、緩衝体２３は、荷重方向を繊維方向とするシートが、非荷重方向を繊維方向とするシートに比して少なくなるように、単層のシートを積層方向に複数積層する。例えば、一対の構造体２５が対向する方向のみが荷重方向である場合、荷重方向に直交する方向が非荷重方向となることから、緩衝体２３は、繊維方向が荷重方向と直交する９０°の状態のシートが多くなり、繊維方向が荷重方向と同じ方向となる０°の状態のシートが少なくなるように、シートが積層方向に積層される。また、一対の構造体２５が対向する方向が一方の荷重方向であり、また、一方の荷重方向に直交する方向が他方の荷重方向である場合、直交する２つの荷重方向に対して±４５°に交わる方向が非荷重方向となることから、緩衝体２３は、繊維方向が荷重方向と４５°で交わる４５°及び−４５°の状態のシートが多くなり、繊維方向が荷重方向と同じ方向となる０°及び９０°の状態のシートが少なくなるように、シートが積層方向に積層される。
【００４３】
以上のように、実施例１によれば、第１複合部材２１は、ＰＡＮ系ＣＦＲＰを用いているため、外力によって破断し難いものとすることができ、第２複合部材２２は、ピッチ系ＣＦＲＰを用いているため、熱伝導性の高いものとすることができる。このため、第１複合部材２１に外力が与えられた場合、第１複合部材２１は破断し難いことから、一対の構造体２５を連結する強度部材として機能させることができる。また、発熱体２４から第２複合部材２２に熱が与えられた場合、第２複合部材２２は、熱伝導性が高いことから、熱を分散させたり、熱を逃がしたりすることができるため、第１複合部材２１及び第２複合部材２２が過剰に加熱されることを抑制することができる。ここで、第２複合部材２２は、隣接する構造体２５と分離して設けられていることから、構造体２５を介して第１複合部材２１の変形に追従して第２複合部材２２が変形することを抑制することができる。また、第２複合部材２２は、緩衝体２３を介して、第１複合部材２１と連結されていることから、第１複合部材２１と第２複合部材２２との相対的な変位を許容することができる。このため、第２複合部材２２には、第１複合部材２１の変形による荷重が、緩衝体２３を介して伝達されることから、第１複合部材２１の変形に追従して第２複合部材２２が変形することをより抑制することができる。以上から、発熱体２４から熱を受ける場合であっても、第２複合部材２２により発熱体２４の熱を好適に分散したり、逃がしたりすることで複合材構造１及び周囲空間への熱の滞留を抑制しつつ、第１複合部材２１を強度部材として機能させ、外力による第１複合部材２１及び第２複合部材２２の破損を抑制できる。
【００４４】
また、実施例１によれば、緩衝体２３を波板部材とすることにより、一対の構造体２５が対向する荷重方向に緩衝体２３を変形し易い構造とすることができる。このため、緩衝体２３を、第１複合部材２１の荷重方向における変形に追従させ易く、第２複合部材２２に変形を伝え難い構成とすることができる。
【００４５】
また、実施例１によれば、緩衝体２３を、ＰＡＮ系ＣＦＲＰとすることで、第１複合部材２１と緩衝体２３とを同程度の強度とすることができる。また、緩衝体２３は、第１複合部材２１と同程度の破断歪みとなるため、外力により第１複合部材２１が変形することによって、第１複合部材２１と緩衝体２３との間が破断することを抑制することができる。
【００４６】
また、実施例１によれば、荷重方向における緩衝体２３の剛性を、非荷重方向における緩衝体２３の剛性に比して低くすることができる。このため、緩衝体２３を、非荷重方向に比べて荷重方向に変形し易い構成とすることができ、第１複合部材２１の荷重方向における変形に好適に追従して、緩衝体２３を変形させることができる。
【００４７】
また、実施例１によれば、第２複合部材２２の伝熱方向における熱伝導性を、第２複合部材２２の非伝熱方向における熱伝導性に比して高くすることができるため、発熱体２４から受けた熱を伝熱方向に逃がし易い構成とすることができる。
【００４８】
また、実施例１によれば、第１複合部材２１を、積層方向に直交する直交面内において等方性を有する構成とすることができる。つまり、第１複合部材２１を、直交面内において均一な強度に構成することができるため、構造体２５に連結される強度部材として好適に機能させることができる。
【００４９】
また、実施例１によれば、第１複合部材２１側の緩衝体２３の谷部２３ｂを、第２複合部材２２側の緩衝体２３の山部２３ａに比して大きく変形させることができる。このため、緩衝体２３を、第１複合部材２１の変形に追従させ易いものとすることができるため、第１複合部材２１側の変形を好適に吸収することができる。また、緩衝体２３を、第１複合部材２１の変形を第２複合部材２２に伝え難いものとすることができるため、第２複合部材２２側との間の相対的な変位を小さいものとすることができ、緩衝体２３と第２複合部材２２との間が破断することを抑制することができる。
【００５０】
なお、実施例１では、複合材構造１をヒートシールド１０に適用して説明したが、この構成に特に限定されず、発熱体２４からの熱を受ける航空部品であれば、いずれの航空部品にも適用可能である。例えば、高温となる航空用電子機器または各種システム機器に対向して配置される航空部品に適用してもよい。
【実施例２】
【００５１】
次に、図４及び図５を参照して、実施例２に係る複合材構造５１について説明する。図４は、実施例２に係る複合材構造の図１のＡ−Ａ断面図である。図５は、実施例２に係る複合材構造の変形前後の状態を示す説明図である。なお、実施例２では、実施例１と重複した記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明し、実施例１と同様のものについては、同じ符号を付して説明する。実施例１では、緩衝体２３として、波状部材を用いたが、実施例２では、緩衝体５３として、パッド部材を用いている。以下、実施例２の複合材構造５１について説明する。
【００５２】
図４に示すように、複合材構造５１は、ＰＡＮ系ＣＦＲＰを用いて構成される第１複合部材２１と、ピッチ系ＣＦＲＰを用いて構成される第２複合部材２２と、第１複合部材２１と第２複合部材２２との間に設けられる緩衝体５３とを備えている。なお、第１複合部材２１及び第２複合部材２２は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。
【００５３】
緩衝体５３は、実施例１と同様に、ＰＡＮ系ＣＦＲＰを用いて構成され、第１複合部材２１と第２複合部材２２とを連結しており、第１複合部材２１及び第２複合部材２２よりも低剛性に形成される。このため、緩衝体５３は、第１複合部材２１と第２複合部材２２との相対的な変位を許容することができる。
【００５４】
具体的に、緩衝体５３は、第１複合部材２１の荷重方向に直交する方向を長手方向とする長方体形状のパッド部材となっている。この緩衝体５３は、荷重方向に所定の間隔を空けて並べて複数設けられている。緩衝体５３は、第１複合部材２１側の面（図４の下面）が、第１複合部材２１に接合される第１接合面５３ｂとなっており、第２複合部材２２側の面（図４の上面）が、第２複合部材２２に接合される第２接合面５３ａとなっている。
【００５５】
図５に示すように、緩衝体５３は、第１複合部材２１が変形すると、第１複合部材２１側となる第１接合面５３ｂの荷重方向における変形量が大きく、第２複合部材２２側となる第２接合面５３ａの荷重方向における変形量が小さくなる。
【００５６】
この緩衝体５３は、実施例１と同様に、単層のシートを積層方向に複数積層することで形成される。単層のシートは、ＰＡＮ系炭素繊維の繊維方向を所定の方向に並べてエポキシ樹脂等の樹脂を含有させたプリプレグである。ここで、ＰＡＮ系炭素繊維の繊維方向を所定の方向とすることによって、緩衝体５３を低剛性にする場合、緩衝体５３は、荷重方向を繊維方向とするシートが、非荷重方向を繊維方向とするシートに比して少なくなるように、単層のシートを積層方向に複数積層する。なお、緩衝体５３におけるシートの積層については、実施例１と同様であるため、説明を省略する。
【００５７】
以上のように、実施例２によれば、緩衝体５３をパッド部材とすることで、実施例１に比して、簡易な構造とすることができるため、緩衝体５３を容易に形成することが可能となる。
【実施例３】
【００５８】
次に、図６を参照して、実施例３に係る複合材構造６１について説明する。図６は、実施例３に係る複合材構造の外観斜視図である。なお、実施例３でも、実施例１と重複した記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明し、実施例１と同様のものについては、同じ符号を付して説明する。実施例３では、一対の構造体２５が対向する荷重方向に直交する方向において、第２複合部材２２及び緩衝体２３が、所定の間隔を空けて複数に分割されている。
【００５９】
図６に示すように、複合材構造６１は、ＰＡＮ系ＣＦＲＰを用いて構成される第１複合部材２１と、ピッチ系ＣＦＲＰを用いて構成される第２複合部材２２と、第１複合部材２１と第２複合部材２２との間に設けられる緩衝体２３とを備えている。この複合材構造６１は、外力が与えられると、第１複合部材２１に生じる荷重方向は、一対の構造体２５が対向する方向が一方の荷重方向となり、一方の荷重方向に直交する方向が他方の荷重方向となる。つまり、第２複合部材２２に対向する第１複合部材２１の対向面において、第１複合部材２１は、直交する２つの荷重方向に変形する。なお、図６に示す複合材構造６１を、図１のヒートシールド１０に適用する場合、一対の構造体２５が対向する一方の荷重方向は、円筒形状のナセル１２の軸方向となり、一方の荷重方向に直交する他方の荷重方向は、円筒形状のナセル１２の周方向となる。なお、第１複合部材２１は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。
【００６０】
第２複合部材２２は、一方の荷重方向における長さが長く、他方の荷重方向における長さが短い板状に形成されている。第２複合部材２２は、他方の荷重方向に沿って、所定の間隔を空けて複数並べて設けられている。このとき、隣接する第２複合部材２２同士の間隔は、変形時において物理的な干渉が生じない間隔となっている。また、第２複合部材２２は、実施例１と同様に、一方の荷重方向の両端部が、隣接する両側の構造体２５に対し、所定の隙間を空けてそれぞれ対向して設けられている。
【００６１】
緩衝体２３は、第１複合部材２１と複数の第２複合部材２２との間にそれぞれ設けられている。このため、緩衝体２３は、複数の第２複合部材２２に応じて複数設けられることから、複数の緩衝体２３は、複数の第２複合部材２２と同様に、他方の荷重方向に沿って、所定の間隔を空けて複数並べて設けられる。また、緩衝体２３は、実施例１と同様に、第１複合部材２１及び第２複合部材２２よりも低剛性に形成される。緩衝体２３は、山部２３ａと谷部２３ｂとが一方の荷重方向に交互に隣接する波板部材となっている。このため、緩衝体２３は、一方の荷重方向における変形が、他方の荷重方向における変形に比して、変形し易いものとなっている。
【００６２】
このため、第１複合部材２１は、外力が与えられると、一方の荷重方向と他方の荷重方向とに変形する。このとき、第２複合部材２２及び緩衝体２３は、一対の構造体２５との間にそれぞれ所定の隙間を設けていることから、一方の荷重方向において、各第２複合部材２２には、第１複合部材２１から一対の構造体２５を介して荷重が与えられない。また、第２複合部材２２及び緩衝体２３は、隣接する他の第２複合部材２２及び緩衝体２３との間にそれぞれ所定の間隔を空けていることから、他方の荷重方向において、各第２複合部材２２には、第１複合部材２１から与えられる荷重を小さいものとすることができる。
【００６３】
以上のように、実施例３によれば、一方の荷重方向に直交する他方の荷重方向に第１複合部材２１が変形する場合であっても、他方の荷重方向に第２複合部材２２及び緩衝体２３を分割することで、第１複合部材２１の変形に追従して第２複合部材２２が変形することを抑制することができる。
【００６４】
なお、実施例１から３では、各複合部材２１，２１及び緩衝体２３，５３をプリプレグにより形成する方法を説明したが、これに限らず、ドライクロスに樹脂を注入する方法、または不織布にした樹脂と炭素繊維を合わせて積層硬化する方法等により成形してもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１  複合材構造
１０  ヒートシールド
１１  ガスタービンエンジン
１２  ナセル
１５  伝熱部材
１６  連結部材
２１  第１複合部材
２２  第２複合部材
２３  緩衝体
２４  発熱体
２５  構造体
５１  複合材構造（実施例２）
５３  緩衝体（実施例２）
６１  複合材構造（実施例３）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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