概要
複合接合技術は 重要だが比較的弱いリンク 複合構造の設計と製造において、複合材料は異方性、脆性、および低い層間強度を有するため、接合設計は金属構造とは大きく異なり、特別な注意が必要です。主な接合方法は以下の3つのグループに分類できます。

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1. 機械的接合
原理： 複合材同士または複合材と金属の部品を接続するために機械的なファスナー（ボルト、ネジ、リベットなど）を使用します。通常はドリルで穴を開ける必要があります。

利点:
- 高い信頼性と検査性： 接合部の状態が目に見えるため、点検やメンテナンスが容易になります。

- 荷重伝達能力: 主な耐荷重構造または高荷重領域に適しています。

- 表面処理の必要性が低い 接着剤による接合に比べて。

- 環境要因に対する感受性が低い 湿度や温度など。

デメリット:
- 応力集中: 掘削により繊維の連続性が破壊され、穴の端に応力が集中し、これが故障の主な原因となります。

- 追加された重量: ファスナーと補強材（ワッシャー、ブッシング）により構造重量が増加します。

- 損傷リスク: ドリリングにより、層間剥離、繊維の抜け、またはマトリックスの微小亀裂が発生する可能性があります。

- ガルバニック腐食： 炭素繊維複合材に金属ファスナーを使用する場合は、チタンまたはステンレス鋼に加えて断熱材が必要です。

- 疲労寿命の短縮 穴エッジの応力集中によるもの。

主な技術的ポイント:
- ファスナーの選択: 材質 (チタン合金、ステンレス鋼、複合ファスナー)、タイプ (Hi-Lok ボルト、ブラインドリベット、Hi-Lite リベット)、ヘッド形状 (皿頭 vs 突出頭)。

- 穴の準備： 精密低損傷ドリリング（ダイヤモンドコーティングドリル、バッキングプレート、最適化されたパラメータ）、ウォータージェットレーザードリリング。

- フィット： クリアランス フィットが推奨されます。干渉フィットは層間剥離を引き起こす可能性があります。

- トルク制御: 複合材の緩みや潰れを防ぐための正確なプリロード制御。

- 設計ルール: 厳格なエッジ距離、ピッチ、間隔のガイドライン。

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2. 接着剤による接合
原理： 接着剤を使用して複合部品を接合します。

利点:

- 応力集中なし： 繊維の連続性が維持され、荷重分散が均一になります。

- 軽量： 留め具や穴がないので、全体の重量が軽減されます。

- 優れた疲労性能 均一な応力分布によるものです。

- シール性と減衰性: 接着層は両方を提供します。

- 薄壁や複雑な形状に適しています 。

- 滑らかで美しい表面 。

デメリット:
- 高度な表面処理要件: 離型剤や汚染物質を除去することが重要です。表面処理（サンディング、グリットブラスト、溶剤洗浄、プライマー、プラズマ）は必須です。
- 強度の変動: プロセスの品質（表面処理、混合、硬化）に大きく依存します。
- 検査や分解が困難： 硬化した接合部を非破壊的に評価し除去することは困難です。
- 環境感受性: 高温/多湿の環境では接着特性が低下します。
- 剥離および劈開荷重に弱い せん断荷重と比較して。
- 厳格な硬化要件 （温度、圧力、時間）。

主な技術的ポイント:
- 接着剤の選択: 使用温度、荷重の種類（せん断、剥離、引張）、靭性、硬化条件（エポキシ、アクリル、ポリウレタン、シアノアクリレート）に基づいて、フィルム接着剤とペースト接着剤の使い分けを検討します。用途に応じてフィルム接着剤とペースト接着剤の使い分けを検討します。

- 表面処理: 接合の信頼性の基礎であり、標準化されたプロセスを必要とします。

- ジョイントデザイン： せん断荷重（シングルラップ、ダブルラップ、スカーフ、段付きジョイント）を最適化し、剥離応力を最小限に抑え、接着剤の厚さを制御します。

- 硬化プロセス制御： 正確な温度、圧力、加熱速度、滞留時間。

- 非破壊検査： 超音波、放射線検査、サーモグラフィー。

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3. ハイブリッド結合
原理： 同じ接合領域で接着接合と機械的固定を組み合わせます。

利点:
- より高い効率性と信頼性： 接着剤は均一な荷重分散を提供し、ファスナーはフェイルセーフ機能を追加します。

- 疲労性能の向上： ファスナーは亀裂の拡大を阻止します。

- より高いダメージ耐性: 複数のロードパス。

- ファスナー穴の精度低下 接着剤充填による要件。

デメリット:
- より重く、より複雑 接着剤のみの接合よりも優れています。

- コストの上昇とプロセスの複雑さ 。

- 潜在的な相互作用 : ファスナーを締めると未硬化の接着剤が乱れる可能性があり、接着剤の収縮によりプリロードが影響を受ける可能性があります。

用途: 航空機の翼と胴体の接合部など、最高の安全性と信頼性が求められる重要な接合部。

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複合ジョイント設計における重要な考慮事項

- 負荷条件: 張力、圧縮、せん断、剥離、疲労、衝撃。

- 材料特性: 層の方向、積み重ね順序、厚さ、接合される材料の種類（複合材-複合材、複合材-金属）。

- 環境要因: 温度、湿度、化学物質、紫外線曝露。

- 製造可能性: 実現可能性、コスト、生産サイクル。

- 検査性と保守性: 非破壊検査が可能で、修理・分解が容易。

- 重さ： 重量を最小限に抑えることは複合材料の中心的な目標です。

- 料金： 材料、製造、メンテナンス。

- 故障モード: 接合部は、脆性破壊（ネット張力、剥離、界面接着破壊など）を回避しながら、予測可能で壊滅的ではない破壊モード（ボルト軸受け破壊、接着結合破壊など）に対応するように設計する必要があります。

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複合接合技術の動向
- 高度な接着剤： 耐熱性、靭性、耐久性の向上、表面処理方法の改善（プラズマなど）、より信頼性の高い NDT 技術（ガイド波、非線形超音波）。

- 高度な機械的接合： 低損傷掘削、複合ファスナー、センシング機能付きスマートファスナー。

- ハイブリッドジョイント最適化: 接着剤とボルトの相互作用のより深い研究と改良された設計ツール。

- 一体型/共硬化構造: 設計および製造の革新（例：3D織り、ステッチ、Zピンニング）によりジョイントの必要性を減らします。

- 数値シミュレーション: 損傷、接触、接着挙動を捉える高精度の有限要素モデル。

- スマートジョイント/SHM: 関節領域にセンサーを埋め込み、リアルタイムで監視します。

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結論
複合材料には普遍的な接合方法はありません。選択は、アプリケーションの要件、負荷条件、環境、コスト、製造可能性、およびメンテナンスのニーズによって異なります。

- 接着接合 軽量化、応力分散、疲労軽減の面で利点がありますが、厳格なプロセス制御が必要です。

- 機械的締結 信頼性、検査性、荷重伝達に優れていますが、応力集中と重量が増加します。

- ハイブリッドジョイント 両方の利点を組み合わせ、安全マージンが最も重要となる重要なアプリケーションで使用されます。

各方法の原理、長所、短所、技術要件を理解することは、複合構造の設計と適用を成功させるための基本となります。