JP2002011812A - ハニカムサンドイッチパネル - Google Patents

ハニカムサンドイッチパネル

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Abstract

(57)【要約】 【課題】ハニカムコアの側面に通気孔を設ける面倒な加
工を行うことなく、耐真空性が得られ、宇宙環境で使用
においても耐久性が得られるハニカムサンドイッチパネ
ルを提供することにある。 【解決手段】ハニカムコア１２の上下面にサンドイッチ
状に表面層１３及び裏面層１４を設けたハニカムサンド
イッチパネル１１において、前記表面層１３、裏面層１
４の両方または片方をフェノール樹脂をマトリックスと
して用いた繊維強化プラスチックによって形成したこと
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、人工衛
星や宇宙ステーションの構成部品として用いられるハニ
カムサンドイッチパネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】航空宇宙分野で、人工衛星や宇宙ステー
ションの構成部品として軽量でありながら強度的に優れ
たハニカムサンドイッチパネルが用いられている。この
ハニカムサンドイッチパネルは、例えばアルミニウムか
らなる蜂の巣状の空洞部を形成したハニカムコアの両側
面にサンドイッチ状に重ねたシートからなる表面層及び
裏面層によって構成されている。
【０００３】表面層及び裏面層は、炭素繊維強化プラス
チックまたはガラス繊維強化プラスチックからなるシー
トで形成されており、ハニカムコアの空洞部は通常は密
閉されているが、宇宙環境で使用されるハニカムサンド
イッチパネルは、耐真空性を持たせる必要がある。そこ
で、ハニカムコアの側面に通気孔を設け、真空域におい
ては空洞部内の空気が通気孔から抜けるように構成され
ている。このようにすることで、コア内部に残留した空
気の圧力によって表面板とコアが剥がされる方向に力が
働くことを防ぐことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ハニカムコ
アには多数の空洞部が形成されており、すべての空洞部
に通気性を持たせるにはその加工が困難である。また、
表面層及び裏面層は、炭素繊維強化プラスチックによっ
て形成され、通気性がないため、空洞部に空気が残って
いる状態で宇宙環境で使用すると、ハニカムサンドイッ
チパネルの内部と外部との圧力差によって表面層及び裏
面層がハニカムコアから剥離したり、破損する虞があ
る。
【０００５】この発明は、前記事情に着目してなされた
もので、その目的とするところは、ハニカムパネルの表
面層、裏面層の両方または片方をフェノール樹脂をマト
リックスとして用いた繊維強化プラスチックによって形
成することにより、通気性が得られ、ハニカムコアの側
面に通気孔を設ける面倒な加工を行うことなく、耐真空
性が得られ、宇宙環境で使用においても耐久性が得られ
るハニカムサンドイッチパネルを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、前記目的を
達成するために、請求項１は、ハニカムコアの上下面に
サンドイッチ状に表面層及び裏面層を設けたハニカムサ
ンドイッチパネルにおいて、前記表面層、裏面層の両方
または片方をフェノール樹脂をマトリックスとして用い
た繊維強化プラスチックによって形成したことを特徴と
する。
【０００７】請求項２は、請求項１の表面層及び裏面層
は、フェノール樹脂をマトリックスとして用いた複数層
の繊維強化プラスチックであることを特徴とする。
【０００８】請求項３は、請求項１又は２の表面層及び
裏面層は、フェノール樹脂をマトリックスとして用いた
炭素繊維強化プラスチックであることを特徴とする。
【０００９】前述のように構成されたハニカムサンドイ
ッチパネルによれば、表面層及び裏面層が多孔質で通気
性を有するため、真空域で使用した場合、空洞部内の空
気は表面層及び裏面層から抜けるため、ハニカムサンド
イッチパネルの内部と外部とに圧力差が生じることはな
く、表面層及び裏面層がハニカムコアから剥離したり、
破損することはなく、耐久性が得られる。また、周囲の
圧力が常圧に戻った場合や、気圧を超えて高圧になった
場合も、ハニカムコア内に空気が流入して、ハニカムサ
ンドイッチ板に余分な力が加わることが無い。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。
【００１１】図１はハニカムサンドイッチパネルの縦断
側面図、図２はハニカムサンドイッチパネルの表面層の
一部を切欠した平面図である。図１及び図２に示すよう
に、例えば、航空宇宙分野で、人工衛星や宇宙ステーシ
ョンの構成部品として用いられるハニカムサンドイッチ
パネル１１は、蜂の巣状の空洞部１２ａを形成したハニ
カムコア１２と、ハニカムコア１２の両側面にサンドイ
ッチ状に重ねたシートからなる表面層１３と裏面層１４
によって構成されている。
【００１２】ハニカムコア１２は、例えばアルミニウ
ム、ノーメックス、ＣＦＲＰ等によって一体に形成され
ている。表面層１３、裏面層１４の両方または片方は、
ＣＦＲＰ、アラミド繊維強化プラスチック、ＧＦＲＰ等
の繊維強化プラスチックで、いずれの場合もマトリック
スにはフェノール樹脂を用いており、ハニカムコア１２
の両側面に空洞部１２ａの開口を閉塞するように融着さ
れている。フェノール樹脂をマトリックスとして用いた
繊維強化プラスチックは、フェノール樹脂を炭素繊維等
によって強化したものであり、フェノール樹脂は硬化時
に多孔質となり、通気性を有するフェノール繊維強化プ
ラスチックとなる。本実施形態においては、表面層１３
及び裏面層１４は２枚のシートを重ね合わせているが１
枚でもよいし、３枚以上でもよい。
【００１３】次に、ハニカムサンドイッチパネルの耐真
空試験について説明する。
【００１４】試験供試体としてのハニカムサンドイッチ
パネルは、ハニカムコアとしてヘキサゴナルコアＨＲＨ
１０−３／１６−３．０（ｔ＝１２．７ｍｍ）、表面層
及び裏面層としてフェノールＣＦＲＰプリプレグであ
る。ＳＲＣ−０９９Ｅ（櫻護謨株式会社製）をオートク
レープ法により硬化、成形したものである。
【００１５】供試体の寸法は、図３に示すように、長さ
Ｌ＝３０５±２．５ｍｍ、幅Ｗ＝７６．２±２．５ｍｍ
であり、クロス繊維方向は、矢印で示すように、０°／
９０°、コアリボン方向は、矢印で示すように幅方向で
ある。
【００１６】［試験供試体数］耐真空試験用供試体（Ａ
１，Ａ２，Ａ３）：３ＥＡ（耐真空試験＋ドラムピール
試験）を用意した。
【００１７】比較用試験供試体（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）：
３ＥＡ（ドラムピール試験のみ）を用意した。
【００１８】［耐真空試験装置及び試験方法］ （１）試験機 ヘリウムリークディテクター：ＭＳＥ−１１Ｂオート型 （２）真空計 ピラニ真空計：ＲＭ−３２Ａ形 （３）真空容器（ステンレス製） 内径φ２５４ｍｍ、高さ３６０ｍｍ （４）減圧能力（実測による） ３０秒後→約４（Ｔｏｒｒ）、６０秒後→約０．２（Ｔ
ｏｒｒ）→１２０秒後→約０．１（Ｔｏｒｒ） （５）耐真空試験方法 試験供試体（Ａ１，Ａ２，Ａ３）を真空容器に入れ、ヘ
リウムリークディテクターの真空ポンプを作動させ、減
圧と加圧を行う。
【００１９】ａ．試験プログラム（図４のグラフ参照） １２０秒間減圧し、１８０秒間加圧する。加圧時間を減
圧時間より６０秒多くとり、ハニカムコアの空洞部内の
真空度を完全に大気圧に戻す。これを１サイクルとし、
２０回繰り返す。
【００２０】ｂ．試験供試体数 ３ＥＡ（Ａ１，Ａ２，Ａ３） （６）試験後のパネル観察 ＣＦＲＰからなる表面層及び裏面層とハニカムコアとの
接着部に剥離が起こったか否かを外観の変化、タッピン
グハンマーの打音により観察し、耐真空試験を行わない
ハニカムサンドイッチパネルと比較する。
【００２１】［ドラムピール試験によるピール強度比
較］ （１）試験機 インストロン４２０６型万能材料試験機 ロードセル：０．５ｔｏｎ容量 ロードレンジ：５％ （２）試験治具 ドラムピール試験治具 （３）ドラムピール試験方法 耐真空試験を実施したハニカムサンドイッチパネル（Ａ
１，Ａ２，Ａ３）と実施しないハニカムサンドイッチパ
ネル（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）の計６ＥＡについてドラムピ
ール試験を行い、ピール強度により耐真空試験でＣＦＲ
Ｐとハニカムコアとの接着部の剥離が起こったか否かを
比較検討する。
【００２２】［通気性確認試験］ （１）真空ポンプ：ＦＴ３−２００Ｎ、株式会社アンレ
ット製 （２）圧力計：ブルトン管方式 精度１．５級、管理番
号Ｖ−５３ 第一計器製 （３）試験方法 図５に示すように、表面板も裏面板も各２−２ｐｌｙづ
つ積層したハニカムサンドイッチパネル（１８０×１８
０ｍｍ、コアの厚み約１２，７ｍｍ）ａの表面と裏面に
バギングフィルムｂ，ｃをシリコンシーラントなどを用
いて施し、表側を真空引きする。そのときの裏側真空度
を圧力計ｄによって計測し、ＣＦＲＰ２ｐｌｙの通気性
の有無を確認する。このとき裏面側圧力の減少過程は、
ハニカムコア内部の圧力の減少を反映していると考えら
れる。
【００２３】［試験結果］ （１）耐真空試験後のパネルの観察 表１に示すように、ハニカムサンドイッチパネル（Ａ
１，Ａ２，Ａ３）のいずれにおいても、外観及びタッピ
ングハンマー打音の異常が無いことが分かった。
【００２４】
【表１】
【００２５】（２）ドラムピール試験結果比較 図６のグラフに示すように、耐真空試験を実施したハニ
カムサンドイッチパネル（Ａ１，Ａ２，Ａ３）と実施し
ないハニカムサンドイッチパネル（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）
は、ピール強度（ｋｇｆ）にほとんど差が無いことが分
かった。
【００２６】（３）通気性確認試験結果 図７のグラフは、通気性確認試験（減圧）であり、図８
のグラフは、通気性確認試験（加圧）である。
【００２７】前述したように、ハニカムサンドイッチパ
ネルについて、耐真空試験を実施し、ＣＦＲＰとハニカ
ムコアとの接着部における剥離が起こるか否かをドラム
ピール試験と通気性確認試験を行ったところ、ドラムピ
ール試験の結果、ピール強度は耐真空試験を実施したパ
ネルと実施しないパネルとも略同じ値が得られた。従っ
て、耐真空試験プログラム条件の圧力変化では、ＣＦＲ
Ｐとハニカムコアとの接着部に剥離が起こらないことが
分かった。
【００２８】また、通気性確認試験の結果、間違いなく
ＣＦＲＰ ２ｐｌｙには通気性が認められる。さらに、
接着剥離音も発生せず、よってハニカムコアの空洞部内
の空気は外気圧変化に対してＣＦＲＰ ２ｐｌｙを通
し、外部に移動するものである。
【００２９】以上の実験結果から、フェノール樹脂をマ
トリックスとして用いた繊維強化プラスチックの通気性
によってハニカムサンドイッチパネルが真空域でも使用
可能となることが確認できた。しかも、従来のようにハ
ニカムコアに通気孔を開ける後加工が不要となるため、
工数の低減が図られ、コストダウンを図ることができ
る。また、ハニカムサンドイッチパネルは、航空宇宙分
野の構成部品に適しているが、他のあらゆる分野にも使
用可能である。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ハニカムコアの上下面にサンドイッチ状に表面層及
び裏面層を設けたハニカムサンドイッチパネルにおい
て、前記表面層、裏面層の両方または片方をフェノール
樹脂をマトリックスとして用いた繊維強化プラスチック
によって形成したことを特徴とする。従って、表面層及
び裏面層に通気性が得られ、ハニカムコアの側面に通気
孔を設ける面倒な加工を行うことなく、耐真空性が得ら
れ、宇宙環境に代表されるような耐久性が得られるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態を示すハニカムサン
ドイッチパネルの縦断側面図。
【図２】同実施形態のハニカムサンドイッチパネルの表
面層の一部を切欠した平面図。
【図３】供試体の平面図及び側面図。
【図４】耐真空試験のグラフ図。
【図５】通気性確認試験の構成図。
【図６】ピール強度比較のグラフ図。
【図７】通気性確認試験（減圧）のグラフ図。
【図８】通気性確認試験（加圧）のグラフ図。
【符号の説明】
１１…ハニカムサンドイッチパネル １２…ハニカムコア １３…表面層 １４…裏面層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森中 昌樹 愛知県名古屋市港区大江町10番地 三菱重 工業株式会社名古屋航空宇宙システム製作 所内 (72)発明者 中条 誠 東京都渋谷区笹塚１丁目21番17号 櫻護謨 株式会社内 (72)発明者 鳥越 忠 東京都渋谷区笹塚１丁目21番17号 櫻護謨 株式会社内 (72)発明者 飯田 牧子 東京都渋谷区笹塚１丁目21番17号 櫻護謨 株式会社内 (72)発明者 玉田 和之 東京都渋谷区笹塚１丁目21番17号 櫻護謨 株式会社内 Ｆターム(参考） 2E162 CD19 FA14 FA20 FD04 FD07 4F100 AB10 AD01C AD11B AK33B AK33C BA03 BA06 BA10B BA10C DC01A DG01B DG01C DH02B DH02C GB31 JL00

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ハニカムコアの上下面にサンドイッチ状
    に表面層および裏面層を設けたハニカムサンドイッチパ
    ネルにおいて、 前記表面層、裏面層の両方または片方をフェノール樹脂
    をマトリックスとして用いた繊維強化プラスチックによ
    って形成したことを特徴とするハニカムサンドイッチパ
    ネル。
  2. 【請求項２】 前記表面層及び裏面層は、フェノール樹
    脂をマトリックスとして用いた繊維強化プラスチックで
    あることを特徴とする請求項１記載のハニカムサンドイ
    ッチパネル。
  3. 【請求項３】 前記表面層及び裏面層は、フェノール樹
    脂をマトリックスとして用いた複数層の炭素繊維強化プ
    ラスチックであることを特徴とする請求項１又は２記載
    のハニカムサンドイッチパネル。
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