JP5751871B2 - 燃料タンク - Google Patents
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Description
本発明は、炭素繊維強化プラスチックからなる炭素繊維強化プラスチック構造体により形成された燃料タンクに関するものである。
従来、航空機の燃料タンクは、航空機を構成する他の構造体と同様に、アルミ合金のような金属材料によって構成されるのが一般的であった。このように燃料タンクを構成する金属製の構造体は、燃料を収容する容器としての機能の他に、燃料との摩擦によって生じた静電気を周囲へ拡散させるという２次的な機能を有していた。
しかし近年、航空機の軽量化や高強度化等の観点から、航空機の主要な構造体をいわゆる複合材、例えば炭素繊維強化プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ」と略す）で構成することが進められている（例えば、特許文献１を参照）。この炭素繊維強化プラスチック構造体（以下、「ＣＦＲＰ構造体」と略す）は、炭素繊維に熱硬化性樹脂を染み込ませたシートを複数枚積層してなる炭素繊維プリプレグを加熱し、熱硬化性樹脂を硬化させることによって各シートを一体化したものである。そして、このようなＣＦＲＰ構造体は、炭素繊維プリプレグの加熱時に炭素繊維から染み出した熱硬化性樹脂によって、その表面にいわゆるレジン層が形成される。
一般に航空機では翼内の空間を燃料タンクとして利用する構造が採用されているため、ＣＦＲＰ構造体を採用した航空機ではＣＦＲＰ構造体で囲まれたスペースが燃料タンクとして利用される。
しかし、燃料タンクを構成する従来のＣＦＲＰ構造体は、炭素繊維自体は導電性を有するものの、その表面が導電性のないレジン層によって覆われているため、構造体全体としては導電性を有さない。従って、従来のＣＦＲＰ構造体では、従来のアルミニウム合金を前提とする翼内燃料タンクが必然的に備えている導電性がないため、燃料との摩擦によって生じた静電気を周囲へ拡散させるという２次的な機能を持たせることができないという問題があった。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、燃料タンクを構成するＣＦＲＰ構造体に、燃料との摩擦によって生じた静電気を周囲へ拡散させるという２次的な機能を付加する手段を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係る燃料タンクは、炭素繊維プリプレグの表面に、炭素繊維の厚み方向への導通を制限し、炭素繊維の面方向への導通を確保する導通層を設けた炭素繊維強化プラスチック構造体の前記導電層側を内面として形成された燃料タンクであって、前記導通層は、前記金属層と、この金属層と炭素繊維との間を絶縁することで前記金属層から前記炭素繊維プリプレグに静電気を流れなくする絶縁層と、からなることを特徴とする。
このような構成によれば、導通層によって炭素繊維の面方向への導通は確保されるものの、炭素繊維の厚み方向への導通が制限されるため、導通層と炭素繊維プリプレグとは電気的に接続されない。従って、導通層と炭素繊維プリプレグとがいわゆる金属電池を構成することによって導通層に腐食が生じるのを防止することができる。
このような構成によれば、金属層によって炭素繊維の面方向への導通は確保されるものの、絶縁層によって炭素繊維の厚み方向への導通が制限されるため、金属層と炭素繊維プリプレグとは電気的に接続されない。従って、金属層と炭素繊維プリプレグとが金属電池を構成することによって金属層に腐食が生じるのを防止することができる。
このような構成によれば、燃料と導通層との摩擦によって発生した静電気は、導通層を炭素繊維の面方向へ導通することによって周囲へ拡散される。一方、この静電気は導通層を炭素繊維の厚み方向へは導通しないため、導通層と炭素繊維プリプレグとは電気的に接続されない。従って、導通層と炭素繊維プリプレグとが金属電池を構成することによって導電層に腐食が生じるのを防止することができる。
本発明に係る燃料タンクによれば、該燃料タンクを構成するＣＦＲＰ構造体に、燃料との摩擦によって生じた静電気を周囲へ拡散させるという２次的な機能を付加することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の実施形態に係るＣＦＲＰ構造体の構成について説明する。本実施形態では、ＣＦＲＰ構造体の一例として、航空機の主翼に設けられる燃料タンクの構成部材について説明する。
図１は、主翼１の概略構成を示す分解斜視図である。主翼１は、その長手方向に沿って両側部を形成する一対のスパー２と、その上面及び下面を形成する一対のパネル３と、その内部に設けられる複数のリブ４と、を備えるものである。
そして、このように構成される主翼１の内部には、燃料タンク５が形成されている。この燃料タンク５は、機体の構造物自体によって燃料を格納するための容器が形成されるいわゆるインテグラル・タンクであって、一対のスパー２と一対のパネル３と一対のリブ４とによって形成される容器の内部に不図示の燃料が充填される。
一対のスパー２は、図１に示すように、主翼１の両側部のうち航空機前方側の側部を形成するフロントスパー２１と、航空機後方側の側部を形成するリアスパー２２と、を具備している。このように構成される一対のスパー２は、それぞれの開口部を互いに向かい合わせるようにして、所定間隔でそれぞれ配置される。尚、これらフロントスパー２１及びリアスパー２２は、共に炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）が成形されてなる部材である。
一対のパネル３は、図１に示すように、主翼１の上面を形成する上面パネル３１と、下面を構成する下面パネル３２と、具備している。そして、上面パネル３１は、湾曲した断面形状を有する板状の上面スキン３１ａと、この上面スキン３１ａの一方の面に設けられてその曲げ剛性を高める複数本のストリンガー３１ｂとを有している。尚、これら上面スキン３１ａ及びストリンガー３１ｂは、共に炭素繊維強化プラスチックが成形されてなる部材である。同様に、下面パネル３２は、下面スキン３２ａと複数本のストリンガー３２ｂとを有しており、これらも共に炭素繊維強化プラスチックが成形されてなる部材である。
複数のリブ４は、主翼１を構造的に補強するためのものである。このリブ４は、図１に示すように主翼１の長手方向に所定間隔で設けられ、各リブ４の一端はフロントスパー２１に他端はリアスパー２２にそれぞれ接続されている。これにより、フロントスパー２１とリアスパー２２は一定間隔で保持されている。尚、これらリブ４は、全て金属製の部材である。
ここで、図２は、本実施形態に係る燃料タンク５を構成するスパー２の一部を示す概略断面図である。尚、図２に向かって上側が燃料タンク５の内部を、下側が燃料タンク５の外部をそれぞれ示している。
スパー２は、図２に示すように、層状の炭素繊維プリプレグ６と、この炭素繊維プリプレグ６の表面６ａに形成されたレジン層７と、このレジン層７の内部に埋め込んで設けられた導通層８と、を有している。
炭素繊維プリプレグ６は、基準電位点としての役割を果たすものである。この炭素繊維プリプレグ６は、図２に示すように、熱硬化性樹脂（不図示）を炭素繊維に染み込ませてなるシート６１を複数枚積層し、加熱して熱硬化性樹脂を硬化させることによって各シート６１を一体化したものである。ここで、炭素繊維からなるこの炭素繊維プリプレグ６は導電性を有している。
レジン層７は、熱硬化性樹脂の硬化時に炭素繊維から染み出した熱硬化性樹脂が炭素繊維プリプレグ６の表面６ａに積層したものである。レジン層７は、図２に示すように、炭素繊維プリプレグ６の表面６ａを覆うようにして薄く形成されている。ここで、熱硬化性樹脂からなるこのレジン層７は、導電性を有さない絶縁体である。
導通層８は、一定の方向にのみ電気の導通を確保するためのものである。この導通層８は、図２に示すように、レジン層７の内部において燃料タンク５の内部側に位置する金属層８１と、同じくレジン層７の内部において燃料タンク５の外部側に位置する絶縁層８２と、を有している。
金属層８１は、銅やアルミニウム等の金属からなるメッシュ状のシートであって、導電性を有している。この金属層８１は、図２に示すように、所定幅の隙間を介して炭素繊維プリプレグ６の表面６ａを覆うようにして設けられている。また、図２に詳細は示さないが、この金属層８１は基準電位点に対して電気的に接続されている。尚、金属層８１を構成する素材はアルミニウムに限定されず、導電性を有する任意の素材を用いることができる。また、金属層８１は本実施形態のメッシュ状に限られず、箔状や線状に形成してもよい。
絶縁層８２は、ガラス繊維等からなるシート状の部材であって、導電性を有さない絶縁体である。この絶縁層８２は、図２に示すように、所定幅の隙間を介して金属層８１のタンク外部側に位置するように設けられている。これにより、この絶縁層８２を挟んでタンク内部側に位置する金属層８１とタンク外部側に位置する炭素繊維プリプレグ６とが電気的に隔絶された状態となっている。尚、本実施形態では絶縁層８２を金属層８１から所定距離だけ離して設けたが、これに限られず絶縁層８２を金属層８１に密着させて設けてもよい。また、絶縁層８２を構成する素材はガラス繊維に限定されず、絶縁性を有する任意の素材を用いることができる。
このように構成される導通層８によれば、スパー２の内部では金属層８１の存在によって炭素繊維プリプレグ６の面方向には電気の導通が確保されるが、絶縁層８２の存在によって炭素繊維プリプレグ６の厚み方向には電気の導通が制限される。
次に、本実施形態に係るスパー２によって構成される燃料タンク５の作用効果について説明する。燃料タンク５の内部では、充填された燃料とスパー２の内側面との摩擦によって静電気が発生する。しかしこの静電気は、ＣＦＲＰ構造体の表面に形成された肉薄のレジン層７を通ってその内部に埋め込まれた金属層８１へ流れ、金属層８１に沿って炭素繊維プリプレグ６の面方向すなわちその表面６ａに沿った方向に導通することにより、周囲に拡散される。これにより、燃料との摩擦によってレジン層が帯電し、この静電気を原因とする火花によって燃料が引火することを未然に防止することができる。
一方、炭素繊維プリプレグ６の厚み方向への導通が絶縁層８２によって制限されるため、金属層８１を面方向に導通する静電気は、金属層８１から炭素繊維プリプレグ６へは流れない。従って、金属層８１と炭素繊維プリプレグ６とが電気的に接続され、金属層８１と炭素繊維プリプレグ６とがこれらの間の電位差によりいわゆる金属電池を構成することによって金属層８１が腐食するのを未然に防止することができる。
尚、以上説明した本実施形態では、ＣＦＲＰ構造体の一例として燃料タンク５を形成するスパー２について説明したが、ＣＦＲＰ構造体は燃料タンク５を構成するその他の部材、例えば図１に示す上面パネル３１を構成する上面スキン３１ａ及びストリンガー３１ｂや、下面パネル３２を構成する下面スキン３２ａ及びストリンガー３２ｂ等であってもよい。
また、本実施形態では、燃料タンク５がインテグラル・タンクである場合を例に説明したが、これに限られず、一対のスパー２と一対のパネル３と一対のリブ４とによって包囲される空間の内部にＣＦＲＰ構造体からなる燃料タンク５を収容してもよい。
更に、本実施形態では、航空機の燃料タンク５として主翼１に設けられる燃料タンク５を例に説明したが、主翼１以外の位置に設けられる燃料タンク５であってもよい。
また、本実施形態では、航空機の燃料タンク５を例に説明したが、これに限られず他の輸送手段、例えば不図示の自動車やバイクや船の燃料タンクに適用することも可能である。
また、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
１ 主翼
２ スパー
２１ フロントスパー
２２ リアスパー
３ パネル
３１ 上面パネル
３１ａ 上面スキン
３１ｂ ストリンガー
３２ 下面パネル
３２ａ 下面スキン
３２ｂ ストリンガー
４ リブ
５ 燃料タンク
６ 炭素繊維プリプレグ
６１ シート
６ａ 表面
７ レジン層
８ 導通層
８１ 金属層
８２ 絶縁層
２ スパー
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２２ リアスパー
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６１ シート
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Claims (1)
- 炭素繊維プリプレグの表面に、炭素繊維の厚み方向への導通を制限し、炭素繊維の面方向への導通を確保する導通層を設けた炭素繊維強化プラスチック構造体の前記導電層側を内面として形成された燃料タンクであって、
前記導通層は、前記炭素繊維プリプレグの表面に積層されたレジン層の内部に設けられており、前記金属層と、この金属層と炭素繊維との間を絶縁することで前記金属層から前記炭素繊維プリプレグに静電気を流れなくする絶縁層と、からなることを特徴とする燃料タンク。
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|---|---|---|---|
| JP2011053128A JP5751871B2 (ja) | 2011-03-10 | 2011-03-10 | 燃料タンク |
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