JP2016013667A - ハニカムサンドイッチ構造体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバセンサの軸方向とその方向と直交する軸直交方向とについて、高密度かつ高精度に温度を計測することのできるハニカムサンドイッチ構造体およびその製造方法を得る。
【解決手段】屈曲部分と直線部分とに分かれるように屈曲した光ファイバセンサ（４）の直線部分については、周囲をチューブ（８）で覆われるようにし、接着層（２）の内部に埋めこむ一方、屈曲部分については、接着層と接触しないように収納体（１４）の収納スペース（１４ａ）に収納するように構成する。
【選択図】図７

Description

本発明は、繊維強化プラスチック製の表皮材と、ハニカムコアとから構成されるとともに、温度センサである光ファイバセンサを備えたハニカムサンドイッチ構造体およびその製造方法に関するものである。

人工衛星の構造には、繊維強化プラスチック製の表皮材と、ハニカムコアとから構成される、軽量かつ高剛性なハニカムサンドイッチ構造体が一般的に用いられている。特に、ミッション搭載構造において、高剛性なハニカムサンドイッチ構造体が用いられている。

しかしながら、太陽光の入熱および搭載機器の発熱等の軌道上の熱環境変化によって、ハニカムサンドイッチ構造体に熱変形が発生するので、搭載されたカメラおよびアンテナ等のミッション機器における地球指向軸の角度が変動してしまう。特に、地球から約３万６千Ｋｍの遠方に位置している静止衛星においては、指向軸角度がわずかに変動するだけでも、地球観測および測位の精度が著しく低下することとなる。

そのため、ヒータ等による熱制御によって、ハニカムサンドイッチ構造体の温度を可能な限り均一に維持し、熱変形を抑制することが重要となる。そして、正確な熱制御が実行されるように、軌道上におけるハニカムサンドイッチ構造体の温度を、高密度かつ高精度に計測することが必要である。

ここで、繊維強化プラスチック製またはプラスチック製の構造体の温度を評価するセンサの１つとして、光ファイバセンサが提案されている。この光ファイバセンサは、小型かつ軽量な温度センサであり、この構造体に実装されて使用される。具体的には、この構造体に埋め込まれた状態で使用されたり、構造体の表面に接着された状態で使用されたりする。

また、このような光ファイバセンサの１つとして、例えば、反射スペクトルのブラッグ波長が温度または歪みに応じて変化するＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ；ファイバ・ブラッグ・グレーティング）が形成された光ファイバセンサがある。

さらに、ＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ；炭素繊維強化プラスチック）に埋め込み可能であって、ＦＢＧを使用した埋め込み型温度センサが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。具体的には、この埋め込み型温度センサは、１個のＦＢＧがポリイミドチューブ内に入れられた構成となっている。そして、このような構成にすることで、埋め込み型温度センサをＣＦＲＰに埋め込んだ場合であっても、ＦＢＧが歪みの影響を受けずに、温度が高精度に計測される。

水谷忠均、外１名、「光ファイバセンサによる極低温でのひずみ計測技術とその航空宇宙分野における応用」、日本航空宇宙学会論文集、２０１０年、Ｖｏｌ．５８、Ｎｏ．６７２、ｐｐ．２４−３０

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
非特許文献１に記載の埋め込み型温度センサは、前述したように、１個のＦＢＧが形成された光ファイバセンサがポリイミドチューブ内に入れられた構成となっている。しかしながら、このような構成の埋め込み型温度センサを構造体に実装した場合であっても、温度の計測点数が１点に限られ、温度を高密度に計測をすることができない。換言すると、多点の温度計測をすることができない。

ここで、多点の温度計測をすることができるように、複数個のＦＢＧが形成された光ファイバセンサをポリイミドチューブ内に入れて、埋め込み型温度センサを構成し、この埋め込み型温度センサを直線状に構造体へ実装することが考えられる。しかしながら、このように直線状に実装された場合、光ファイバの軸方向については、温度を高密度に計測することができる一方、光ファイバセンサの軸方向と直交する軸直交方向については、温度を高密度に計測することができない。

そこで、軸直交方向についても、温度を高密度に計測するために、光ファイバセンサを屈曲させることで複数の屈曲部分を設けた状態で埋め込み型温度センサを構造体に実装することが考えられる。しかしながら、このように複数の屈曲部分を設けた状態で実装された場合、ポリイミドチューブと光ファイバセンサとが接触することで生じる歪みの影響を完全に取り除くことができず、結果として、構造体の温度が高精度に計測されないという問題がある。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、光ファイバセンサの軸方向とその方向と直交する軸直交方向について、高密度かつ高精度に温度を計測することのできるハニカムサンドイッチ構造体およびその製造方法を得ることを目的とする。

本発明におけるハニカムサンドイッチ構造体は、表皮材と、表皮材と接着層を介して接着されるハニカムコアと、温度を検出するためのセンサ部が形成された光ファイバを有しており、屈曲部分と直線部分とに分かれるように屈曲した光ファイバセンサと、屈曲部分を接着層と接触させずに収納するための収納スペースを有しており、表皮材とハニカムコアとの間に設けられた収納体と、を備え、直線部分の周囲のみチューブで覆われており、直線部分およびチューブは、接着層の内部に埋め込まれ、屈曲部分は、接着層と接触しないように収納スペースに収納されているものである。

また、本発明におけるハニカムサンドイッチ構造体の製造方法は、光ファイバセンサが屈曲部分と直線部分とに分かれるように光ファイバセンサを屈曲させて、直線部分の周囲のみがチューブで覆われるようにするステップと、表皮材の接着面に第１接着剤を介して、センサ部、屈曲部分および直線部分が所望の位置に配置されるように、光ファイバセンサと、収納体とを設置し、屈曲部分が接着層と接触しないように収納スペースに収納するステップと、第１接着剤を介して設置した光ファイバセンサおよび収納体に第２接着剤を重ねることで、第１接着剤と第２接着剤とで光ファイバセンサおよび収納体を挟むステップと、第１接着剤と第２接着剤とで挟んだ光ファイバセンサおよび収納体が設置される接着面にハニカムコアを設置し、加圧下で加熱することで、接着面に光ファイバセンサおよび収納体を接着するとともに、ハニカムコアを接着するステップと、を備えたものである。

本発明によれば、屈曲部分と直線部分とに分かれるように屈曲した光ファイバセンサの直線部分については、周囲をチューブで覆われるようにし、接着層の内部に埋めこむ一方、屈曲部分については、接着層と接触しないように収納体の収納スペースに収納するように構成する。これにより、光ファイバセンサの軸方向とその方向と直交する軸直交方向とについて、高密度かつ高精度に温度を計測することのできるハニカムサンドイッチ構造体およびその製造方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１におけるハニカムサンドイッチ構造体の斜視図である。 本発明の実施の形態１における光ファイバセンサの断面図である。 本発明の実施の形態１における光ファイバに形成されるＦＢＧセンサ部付近の拡大断面図である。 本発明の実施の形態１におけるＦＢＧセンサ部の構造を示す説明図である。 本発明の実施の形態１におけるＦＢＧセンサ部の反射スペクトルの特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態１における光ファイバセンサを用いた温度計測システムの構成図である。 本発明の実施の形態１における光ファイバセンサの屈曲部分および直線部分の位置関係を示す説明図である。 本発明の実施の形態１における光ファイバセンサの屈曲部分の構造を示す説明図である。 本発明の実施の形態１における光ファイバセンサの屈曲部分の周囲がチューブで覆われている場合にＦＢＧセンサ部に生じる歪みを示す説明図である。 本発明の実施の形態１における光ファイバおよびチューブの加圧の様子を示す説明図である。 本発明の実施の形態１において、光ファイバセンサ内の光ファイバおよびチューブの位置関係を示す説明図である。 本発明の実施の形態１において、表皮材に光ファイバセンサが仮止めされる様子を示す説明図である。 本発明の実施の形態１におけるハニカムサンドイッチ構造体の製造工程を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態１において、表皮材に光ファイバセンサが接着されるとともに、ハニカムコアが接着されることよって、ハニカムサンドイッチ構造体が成形される様子を示す説明図である。 本発明の実施の形態１におけるハニカムサンドイッチ構造体内の接着層、ハニカムコアおよび光ファイバセンサの位置関係を示す説明図である。

以下、本発明によるハニカムサンドイッチ構造体およびその製造方法を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

ここで、本願発明におけるハニカムサンドイッチ構造体は、光ファイバセンサの軸方向と直交する軸直交方向についても温度を高密度に計測する目的で、光ファイバセンサが屈曲部分と直線部分とに分かれるように屈曲された状態で実装される場合であっても、高精度に温度を計測することができる。また、以下の実施の形態１で示す具体的な数値等は、一例であって、権利範囲に影響を及ぼすものではない。

実施の形態１．
まず始めに、以下の説明において用いる座標系について説明する。本実施の形態１のハニカムサンドイッチ構造体を示す場合、面内方向のうち、ハニカムセルのリボン方向をＸ方向、ハニカムセルのセル幅方向をＹ方向とし、面外方向をＺ方向とする。また、ハニカムサンドイッチ構造体における強化繊維の配向方向を示すための、繊維強化プラスチック製の表皮材の座標系に関して、Ｘ方向を強化繊維の０度方向とし、Ｙ方向を強化繊維の９０度方向とする。さらに、前述した光ファイバセンサの軸方向とは、Ｘ方向に相当し、光ファイバセンサの軸方向と直交する軸直交方向とは、Ｙ方向に相当する。

次に、本実施の形態１におけるハニカムサンドイッチ構造体について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるハニカムサンドイッチ構造体の斜視図である。

図１に示すように、ハニカムサンドイッチ構造体は、繊維強化プラスチック製の表皮材１、接着層２、ハニカムコア３および光ファイバセンサ４を備えて構成されている。また、光ファイバセンサ４は、屈曲部分と直線部分とに分かれるように屈曲した状態で、表皮材１とハニカムコア３との間に設けられている。

具体的には、対向する２個の表皮材１は、ハニカムコア３の両面に接着層２を介して接着されている。また、光ファイバセンサ４の直線部分が接着層２の内部に埋め込まれており、屈曲部分が後述する収納体１４に収納されている。なお、光ファイバセンサ４の直線部分および屈曲部分と、接着層２と、収納体１４との位置関係の詳細については、後述する。

本実施の形態１では、光ファイバセンサ４の直線部分は、図１に示すように、Ｘ方向（０度方向）に配向しているものとする。また、図１では、具体的に説明するために、ハニカムコア３の表面と裏面に設けられた２個の接着層２のそれぞれの内部に１個ずつ屈曲された状態の光ファイバセンサ４が埋め込まれている場合を例示している。

また、人工衛星においてミッション機器が搭載されるハニカムサンドサンドイッチ構造体では、太陽光の入熱や搭載機器の発熱などにより、２枚の表皮材１間に温度差が発生して変形する。そのため、２枚の表皮材１の温度を計測できるように、２枚の表皮材１のそれぞれには、少なくとも１個ずつ光ファイバセンサ４を実装しておく必要がある。

次に、本実施の形態１における光ファイバセンサ４について、図２〜図５を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施の形態１における光ファイバセンサ４の断面図である。図３は、本発明の実施の形態１における光ファイバ５に形成されるＦＢＧセンサ部６付近の拡大断面図である。図４は、本発明の実施の形態１におけるＦＢＧセンサ部６の構造を示す説明図である。図５は、本発明の実施の形態１におけるＦＢＧセンサ部６の反射スペクトルの特性を示すグラフである。

なお、図２における光ファイバセンサ４の断面図は、先の図１における光ファイバセンサ４の直線部分の配向方向（Ｘ方向）に対して平行である（すなわち、Ｘ−Ｚ面に平行である）断面の図を示している。また、図３におけるＦＢＧセンサ部６付近の拡大図は、図２における光ファイバセンサ４の断面図に示されているＦＢＧセンサ部６付近を拡大した図を示している。

図２に示すように、温度を検出するための光ファイバセンサ４は、ＦＢＧセンサ部６を有する光ファイバ５、被覆７およびチューブ８（例えば、樹脂製のチューブ）を備えて構成されている。

ここで、ＦＢＧセンサ部６とは、光ファイバ５に形成されたファイバ・ブラッグ・グレーティング（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）部のことであり、光ファイバ５によって直列に接続されるように、それぞれが互いに間隔をおいて１個以上設けられている。なお、図２では具体的に説明するために、３個のＦＢＧセンサ部６が互いに間隔をおいて設けられている場合を例示している。

また、図２に示すように、ＦＢＧセンサ部６が位置する光ファイバ５の周囲は、被覆７で覆われておらず、これに対して、ＦＢＧセンサ部６が位置しない光ファイバ５の周囲は、被覆７で覆われている。さらに、光ファイバ５の周囲全体は、チューブ８で覆われている。

光ファイバセンサ４の構造をさらに詳しく説明すると、図３に示すように、光ファイバ５は、コア９と、コア９の外周を覆うクラッド１０とを有しており、コア９中にＦＢＧセンサ部６が形成されている。そして、クラッド１０の外周が被覆７で覆われており、ＦＢＧセンサ部６付近では、被覆７が除去されており、クラッド１０が露出した構造となっている。

また、チューブ８で、図３に示した構造全体が覆われている。このように、チューブ８を用いることによって、光ファイバセンサ４をハニカムサンドイッチ構造体に接着して温度を計測する際に、ハニカムサンドイッチ構造体の歪みの影響を受けることなく、さらに、光ファイバ５が固定されるので、ＦＢＧセンサ部６の位置が光ファイバ５の軸方向に移動することがない。したがって、ハニカムサンドイッチ構造体の温度を正確に計測することができる。

なお、図２、図３では、ＦＢＧセンサ部６が位置する光ファイバ５の周囲は、被覆７で覆われておらず、チューブ８と接触しているが、この光ファイバ５とチューブ８との間に空隙があってもよい。

また、ここでは、光ファイバ５および被覆７を覆うためのチューブ８の具体例として、樹脂製のチューブを例示したが、これに限定されない。すなわち、ハニカムサンドイッチ構造体に接着して温度を計測する際に、ハニカムサンドイッチ構造体の歪みの影響を受けことなく、さらに、光ファイバ５が固定されるチューブであればよく、例えば、金属製のチューブを用いてもよい。

また、光ファイバ５内の各部のサイズについては、例えば、被覆７を含めた光ファイバ５全体の直径を２５０μｍ程度、クラッド１０の直径を１２５μｍ程度、コア９の直径を１０μｍ程度とすることができるが、これらの大きさに限定されない。また、複数設けられているＦＢＧセンサ部６のそれぞれは、例えば、５ｍｍ程度の範囲に渡ってコア９中に形成することができるが、この範囲に限定されない。このように、本実施の形態１で示す数値に係る光ファイバ５は、一例であって、本願発明は、ここで示した数値以外の他の数値に係る光ファイバに対しても適用可能である。

ＦＢＧセンサ部６は、屈折率が光ファイバ５の配向方向に周期的に変化するように、コア９中に形成されており、急峻な反射スペクトル特性が得られるという特徴を有している。具体的には、図４に示すように、コア９の屈折率が周期長Λで変化し、図５に示すように、急峻な反射スペクトル特性が得られ、反射スペクトルの中心波長（ブラッグ波長：λ_Ｂ）の光強度が最も大きくなる。

ここで、反射スペクトルの中心波長（ブラッグ波長：λ_Ｂ）、周期Λおよび屈折率ｎの関係は、次式（１）で表される。また、屈折率ｎは、温度に依存し、周期Λは、温度および歪みに依存する。
λ_Ｂ＝２ｎΛ （１）

したがって、ハニカムサンドイッチ構造体の歪みの影響を受けないように、光ファイバセンサ４において光ファイバ５および被覆７をチューブ８で覆う構造とするとともに、光ファイバセンサ４を構造内部に埋め込んだ状態でブラッグ波長λ_Ｂを計測する。これにより、上式（１）から温度を正確に求めることができる。このように、光ファイバ５に形成されるＦＢＧセンサ部６は、温度センサとして使用することが可能となる。

なお、ＦＢＧセンサ部６付近が被覆７で覆われていてもよく、このような場合であっても、従来技術と比べて温度を正確に計測することができる。ただし、ＦＢＧセンサ部６が形成される光ファイバ５の周囲が被覆７で覆われないようにする場合、ハニカムサンドイッチ構造体の温度の情報を、ＦＢＧセンサ部６へより正確に伝達することができる。したがって、温度をより精度よく計測するためには、ＦＢＧセンサ部６が形成される光ファイバ５の周囲が被覆７で覆われないようにすることが好ましい。

次に、ハニカムサンドイッチ構造体の温度を評価するための温度計測システムの一例について、図６を参照しながら説明する。図６は、本発明の実施の形態１における光ファイバセンサ４を用いた温度計測システムの構成図である。

図６に示すように、温度計測システムは、光ファイバ５、光サーキュレータ１１、ＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源１２および光波長計１３を備える。

ハニカムサンドイッチ構造体の温度を計測する場合、光ファイバ５の基端部に、光路を変換する光サーキュレータ１１が接続される。また、光サーキュレータ１１には、広帯域光源であるＡＳＥ光源１２と、波長計測装置である光波長計１３とが接続される。

このようなシステムを構成することにより、ブラッグ波長λ_Ｂを具体的に計測することができる。そして、前述したように、ブラッグ波長λ_Ｂを計測することによって、上式（１）からハニカムサンドイッチ構造体の温度を求めることができる。

次に、光ファイバセンサ４の直線部分および屈曲部分と、接着層２と、収納体１４との位置関係の詳細について、図７〜図９を参照しながら説明する。図７は、本発明の実施の形態１における光ファイバセンサ４の屈曲部分および直線部分の位置関係を示す説明図である。図８は、本発明の実施の形態１における光ファイバセンサの屈曲部分の構造を示す説明図である。図９は、本発明の実施の形態１における光ファイバセンサ４の屈曲部分の周囲がチューブ８で覆われている場合にＦＢＧセンサ部６に生じる歪みを示す説明図である。

また、図７（ａ）は、図１に示すハニカムサンドイッチ構造体の側面断面図であり、図７（ｂ）は、光ファイバセンサ４の屈曲部分を収納するための収納体１４の斜視図である。図８（ａ）は、図７（ａ）に示すＡ部の拡大図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図９（ａ）は、ＦＢＧセンサ部６に引張歪みが生じる場合を示し、図９（ｂ）は、ＦＢＧセンサ部６に圧縮歪みが生じる場合を示す。

図７（ａ）に示すように、収納スペース１４ａを有する収納体１４（図７（ｂ）参照）が表皮材１と、ハニカムコア３との間に設けられている。また、収納体１４が設けられる位置に対応する表皮材１およびハニカムコア３は、それぞれ窪んでいる。収納体１４は、これらの窪みにはめ込まれ、窪みに設けられた接着層２で位置が固定されている。

また、図７（ａ）、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、光ファイバセンサ４の直線部分は、周囲がチューブ８で覆われており、接着層２の内部に埋め込まれている。

これに対して、図７（ａ）、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、周囲がチューブ８で覆われておらず、接着層２と接触しないように、収納体１４の収納スペース１４ａに収納されている。また、図７（ａ）、図８（ａ）、（ｂ）では、収納スペース１４ａに収納されている屈曲部分と、収納体１４の内壁とが接触しないようにしている場合を例示している。

ここで、光ファイバセンサ４の屈曲部分の周囲がチューブ８で覆われていると、以下のような問題があることに着目したことを踏まえて、光ファイバセンサ４の屈曲部分の周囲をチューブ８で覆わないようにしている。

すなわち、図９（ａ）に示すように、光ファイバセンサ４の屈曲部分の周囲がチューブ８で覆われている場合、ハニカムサンドイッチ構造体に伸びが発生すると、光ファイバ５の屈曲部分がチューブ８と接触することで、光ファイバ５が両端に引っ張られる。そのため、光ファイバセンサ４内のＦＢＧセンサ部６に引張歪みが生じ、この引張歪みの影響を受けて、温度の計測精度が低下してしまう。

一方、図９（ｂ）に示すように、光ファイバセンサ４の屈曲部分の周囲がチューブ８で覆われている場合、ハニカムサンドイッチ構造体に縮みが発生すると、光ファイバ５の屈曲部分がチューブ８と接触することで、光ファイバ５が両端で圧縮される。そのため、光ファイバセンサ４内のＦＢＧセンサ部６に圧縮歪みが生じ、この圧縮歪みの影響を受けて、温度の計測精度が低下してしまう。

これに対して、本実施の形態１では、このような着目点を踏まえて、光ファイバセンサ４の屈曲部分の周囲をチューブ８で覆わないようにするとともに、収納体１４に収納することで、ハニカムサンドイッチ構造体に伸びまたは縮みが発生した場合であっても、光ファイバセンサ４の屈曲部分がチューブ８と接触することがない。したがって、光ファイバ５とチューブ８との接触による歪みの影響を受けずに温度を計測することが可能となり、計測誤差が発生することを防ぐことができる。

また、光ファイバセンサ４を屈曲させても、光ファイバ５とチューブ８との接触による歪みの影響を受けない。したがって、先の図１に示すように、Ｘ方向だけでなくＹ方向についてもＦＢＧセンサ部６を高密度に配置することで、Ｘ方向およびＹ方向のいずれについても温度を高密度に計測することが可能となる。このように、光ファイバセンサ４の屈曲部分を工夫することで、高密度かつ高精度な温度計測機能を備えたハニカムサンドイッチ構造を実現することができる。

また、収納体１４の材質としては、例えば、ＣＦＲＰを用いることができる。収納体１４の材質をＣＦＲＰとすることで、軽量かつ高剛性な構造とすることができるとともに、収納体１４を表皮材１に接着することで生じる剛性低下を防ぐことが可能となる。

次に、本実施の形態１におけるハニカムサンドイッチ構造体の製造方法について、図１０〜図１４を参照しながら説明する。まず始めに、光ファイバ５の周囲をチューブ８で覆うことで、光ファイバセンサ４を製造する場合について、図１０および図１１を参照しながら説明する。図１０は、本発明の実施の形態１における光ファイバ５およびチューブ８の加圧の様子を示す説明図である。なお、図１０においては、代表例として、被覆７で覆われている光ファイバ５の断面を示している。

図１１は、本発明の実施の形態１において、光ファイバセンサ４内の光ファイバ５およびチューブ８の位置関係を示す説明図である。また、図１１（ａ）は、先の図２における光ファイバセンサ４の断面図を示し、図１１（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図を示し、図１１（ｃ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ’断面図を示す。

ここで、ハニカムサンドイッチ構造体の温度をより精度よく計測できるようにするために、前述したように、ＦＢＧセンサ部６が形成される光ファイバ５の周囲が被覆７で覆われないように被覆７を除去し、あらかじめＦＢＧセンサ部６付近を露出した状態にしている。

図１０に示すように、光ファイバ５を同軸のチューブ８の中に入れて、定盤１６に設置し、バギングフィルム１７で全体を覆い、シール材１８で密閉して、内部をポンプ（図示せず）で真空状態にする。また、この状態で、バギングフィルム１７の上部から加圧下（例えば、大気圧（１気圧程度）で加圧する）で加熱する。

このように、光ファイバ５をチューブ８の中に入れて加圧下で加熱することによって、光ファイバセンサ４を製造することができる。具体的には、図１１（ａ）に示すように、光ファイバセンサ４において、光ファイバ５の形状にしたがってチューブ８が変形した状態で、光ファイバ５の周囲がチューブ８で覆われている。

また、図１１（ｂ）に示すように、被覆７で覆われている光ファイバ５は、チューブ８と直接接触しておらず、被覆７がチューブ８と直接接触している。これに対して、図１１（ｃ）に示すように、被覆７で覆われていない光ファイバ５は、チューブ８と直接接触している。

したがって、接着層２の内部に光ファイバセンサ４を埋め込んだ場合、チューブ８を介して、チューブ８に接触している光ファイバ５に熱が伝わることとなる。換言すると、ＦＢＧセンサ部６が形成される光ファイバ５においては、被覆７で覆われている光ファイバ５と比べて、被覆７で覆われていない分だけ、縦方向（紙面縦方向）への熱抵抗が小さい。そのため、ＦＢＧセンサ部６の直上のパネル温度を正確に計測することができる。

次に、表皮材１に光ファイバセンサ４を仮止めする場合について、図１２を参照しながら説明する。図１２は、本発明の実施の形態１において、表皮材１に光ファイバセンサ４が仮止めされる様子を示す説明図である。なお、図１２においては、代表例として、先の図１１（ｃ）に示した、ＦＢＧセンサ部６が形成される光ファイバ５の断面を示している。

ここで、表皮材１に光ファイバセンサ４を仮止めする前に、光ファイバセンサ４が屈曲部分と直線部分とに分かれるように光ファイバセンサ４を屈曲させる。続いて、光ファイバセンサ４の屈曲部分の周囲に覆われているチューブ８を除去することで、直線部分の周囲のみがチューブ８で覆われるようにする。

表皮材１と、２枚のフィルム状の接着剤１５（第１接着剤１５ａおよび第２接着剤１５ｂ）で挟み込まれた光ファイバセンサ４および収納体１４とからなる第１成形材料１９を加圧することによって、２枚のフィルム状の接着剤１５で挟み込まれた光ファイバセンサ４および収納体１４を表皮材１に仮止めする。

具体的には、図１２に示すように、定盤１６に設置された表皮材１の面に重ねられた第１接着剤１５ａ上に、ＦＢＧセンサ部６と光ファイバセンサ４の屈曲部分および直線部分とが所望の位置に配置されるように光ファイバセンサ４および収納体１４を設置し、さらに、屈曲部分が接着層２と接触しないように収納スペース１４ａに収納する。続いて、このように第１接着剤１５ａを介して設置した光ファイバセンサ４および収納体１４に第２接着剤１５ｂを重ねることで、第１接着剤１５ａと第２接着剤１５ｂとで光ファイバセンサ４および収納体１４を挟む。なお、収納体１４を設置する際、収納体１４の位置に対応する表皮材１を変形させて窪みを設けて、この窪みに収納体１４をはめ込んでいる。

続いて、バギングフィルム１７で全体を覆い、シール材１８で密閉して、内部をポンプ（図示せず）で真空にする。また、この状態で、バギングフィルム１７の上部から、例えば、大気圧（１気圧程度）で加圧して密着させる。このような工程を経て、２枚のフィルム状の接着剤１５で挟み込まれた光ファイバセンサ４および収納体１４が表皮材１に仮止めされることとなる。

このように、光ファイバセンサ４は、直線部分が接着層２内に埋め込まれ、屈曲部分が収納体１４に収納されている状態で、表皮材１に仮止めされることとなる。

次に、ハニカムサンドイッチ構造体の製造工程について、図１３を参照しながら説明する。図１３は、本発明の実施の形態１におけるハニカムサンドイッチ構造体の製造工程を説明するための説明図である。なお、光ファイバセンサ４を製造する工程の説明については、前述したので、説明を省略する。

まず、第１ステップとして、前述したように、２枚のフィルム状の接着剤１５（第１接着剤１５ａおよび第２接着剤１５ｂ）を介して、光ファイバセンサ４および収納体１４が仮止めされた表皮材１を、第１表皮材１ａおよび第２表皮材１ｂとして、２個製造する。

次に、第２ステップとして、第１ステップで製造した、第１表皮材１ａにおける第２接着剤１５ｂの上にハニカムコア３を載せる。続いて、第３ステップとして、第２ステップで第１表皮材１ａにおける第２接着剤１５ｂの上に載せられたハニカムコア３に対して、第１ステップで製造した、第２表皮材１ｂにおける第２接着剤１５ｂを下に向けた状態で、この第２表皮材１ｂを上から被せる。

さらに、最終の第４ステップとして、加圧下で加熱することで、仮止めされた光ファイバセンサ４および収納体１４が表皮材１に接着するとともに、さらに、この表皮材１とハニカムコア３とが接着する。これにより、光ファイバセンサ４および収納体１４を備えたハニカムサンドイッチ構造体が製造されたこととなる。なお、２枚のフィルム状の接着剤１５によってこれらが接着される際の層は、接着層２に相当する。

次に、前述した第２ステップ〜第４ステップの具体的な内容について、図１４および図１５を参照しながら説明する。図１４は、本発明の実施の形態１において、表皮材１に光ファイバセンサ４が接着されるとともに、ハニカムコア３が接着されることによって、ハニカムサンドイッチ構造体が成形される様子を示す説明図である。図１５は、本発明の実施の形態１におけるハニカムサンドイッチ構造体内の接着層２、ハニカムコア３および光ファイバセンサ４の位置関係を示す説明図である。なお、図１４、図１５では、屈曲させた光ファイバセンサ４の直線部分を図示している。

また、図１５（ａ）は、光ファイバセンサ４の上部にハニカムコア３が存在しない場合の断面図を示し、図１５（ｂ）は、光ファイバセンサ４の上部にハニカムコア３が存在する場合の断面図を示す。

ここでは、光ファイバセンサ４および収納体１４が仮止めされた、２個の表皮材１と、それらに挟み込まれたハニカムコア３とからなる第２成形材料２０を加圧下で加熱することによって、ハニカムサンドイッチ構造体を製造する。なお、ハニカムコア３の一例として、例えば、セルサイズが３／８インチ、高さが２５．４ｍｍ、箔厚が０．０１８ｍｍのアルミニウム合金製のハニカムコアを用いればよい。

具体的には、図１４に示すように、ハニカムコア３を介して、２個の表皮材１（第１表皮材１ａおよび第２表皮材１ｂ）のそれぞれに仮止めされる光ファイバセンサ４および収納体１４が対向するように、第２成形材料２０を定盤１６に設置する。このような位置関係とすることで、ハニカムコア３の両面が各表皮材１の接着剤１５と接触することとなる。

続いて、バギングフィルム１７で全体を覆い、シール材１８で密閉して、内部をポンプ（図示せず）で真空にする。また、この状態で、バギングフィルム１７の上部から加圧下（例えば、大気圧（１気圧程度）で加圧する）で加熱する。なお、この場合、例えば、１２０℃で加熱することで、フィルム状の接着剤１５を硬化させればよい。このような工程を経て、仮止めされた光ファイバセンサ４は、直線部分が接着層２内に埋め込まれ、屈曲部分が収納体１４に収納されている状態で、表皮材１に接着される。また、ハニカムコア３は、２個の表皮材１に挟み込まれた状態で接着されることとなる。

ここで、図１５（ａ）に示すように、接着層２の厚さｔ１よりも光ファイバセンサ４の直径Ｄの方が大きいので、光ファイバセンサ４の形状に沿って接着層２が形成される。また、図１５（ｂ）に示すように、光ファイバセンサ４の直上にハニカムコア３が存在している場合、ハニカムコア３が光ファイバセンサ４の形状に沿った状態で接着層２を介して、表皮材１と接着している。なお、図１５においては、代表例として、被覆７で覆われている光ファイバ５の断面を示すが、被覆７で覆われていない光ファイバ５の断面についても、接着層２の厚さｔ１よりも光ファイバセンサ４の直径Ｄの方大きいので同様のことがいえる。

また、収納体１４の直上にハニカムコア３が存在している場合、ハニカムコア３は、収納体１４の形状に沿った状態で接着層２を介して、表皮材１と接着している。

なお、表皮材１の材料として、例えば、炭素繊維Ｍ６０Ｊ（東レ株式会社製）と、１７０℃で硬化するエポキシ樹脂とから構成される炭素繊維強化プラスチックを用いことができるが、これに限定されない。すなわち、ここで用いることのできる炭素繊維強化プラスチックの構成は、炭素繊維Ｍ６０Ｊと、１７０℃で硬化するエポキシ樹脂との組み合わせに限定されず、どのような組み合わせであってもよい。また、まとめられた複数本の強化繊維に樹脂を含浸させて製造された半硬化状態のシート状の「プリプレグ」を用いてもよい。このように、ここで示す炭素繊維強化プラスチックを構成する繊維と、樹脂との組合せは、一例であって、本願発明は、他の組合せから構成される炭素繊維強化プラスチックに対しても適用可能である。

また、フィルム状の接着剤１５として、例えば、厚さが６０μｍであり、１８０℃で硬化するエポキシ接着剤を用いることができるが、これに限定されず、熱硬化性樹脂であればよく、液状の接着剤を用いてもよい。

また、２枚のフィルム状の接着剤１５で挟み込まれた状態で、光ファイバセンサ４および収納体１４が表皮材１に接着される場合を例示したが、これに限定されず、例えば、光ファイバセンサ４および収納体１４に液状の接着剤を塗布して接着してもよい。

また、ＦＢＧセンサ部６のグレーティング長として、例えば、長さを５ｍｍにすることができるが、これに限定されず、１ｍｍから１０ｍｍ程度の範囲内の長さであれば、どのような長さであってもよい。

以上のように、本実施の形態１によれば、表皮材と、表皮材と接着層を介して接着されるハニカムコアと、温度を検出するためのセンサ部が形成された光ファイバを有しており、屈曲部分と直線部分とに分かれるように屈曲した光ファイバセンサと、屈曲部分を接着層と接触させずに収納するための収納スペースを有しており、表皮材とハニカムコアとの間に設けられた収納体と、を備える。

また、光ファイバセンサの直線部分については、周囲をチューブで覆われるようにし、接着層の内部に埋めこむ一方、屈曲部分については、接着層と接触しないように収納スペースに収納するように構成する。

これにより、ハニカムサンドイッチ構造体の変形に伴うチューブの変形による歪みの影響を受けることがないので、光ファイバセンサが屈曲された状態で実装される場合であっても、高密度に温度を計測することができる。したがって、光ファイバセンサの軸方向とその方向と直交する軸直交方向とについて、高密度かつ高精度に温度を計測することができる。

また、光ファイバセンサの光ファイバには、反射スペクトルのブラッグ波長が温度および歪みに応じて変化するＦＢＧセンサ部を形成することで、ハニカムサンドイッチ構造体の温度をこの光ファイバセンサによって計測することを可能にした。

また、ＦＢＧセンサ部周辺とそれ以外の部分との直径を異なるようにした光ファイバセンサを同軸のチューブ内に入れ、加圧下で加熱して、チューブをＦＢＧ部センサ部が形成された光ファイバと接触するように変形させている。この結果、光ファイバセンサにおいては、ＦＢＧセンサ部の位置が光ファイバの軸方向に移動することなく、さらに、ＦＢＧセンサ部において面外方向への熱抵抗の小さい構造が実現されているので、ハニカムサンドイッチ構造体の温度を従来と比べてより正確に計測することを可能にした。

また、表皮材に接着層を重ねて接着層の特定の位置に、光ファイバセンサおよび収納体を設置して接着層を重ねる前工程を行った後に、表皮材と、ハニカムコアとを接着する工程により、ハニカムサンドイッチ構造体を製造している。この結果、ＦＢＧセンサ部が光ファイバの軸方向に移動することなく、かつ面外方向の熱伝導が低下することなく、ＦＢＧセンサ部を内部に有する光ファイバセンサを接着層の内部に埋め込むことができ、温度を高精度に計測することを可能にした。

なお、本実施の形態１では、光ファイバセンサ４を構成する光ファイバ５の一例として、ＦＢＧセンサ部６が１個以上形成されている光ファイバを例示したが、これに限定されず、本願発明は、構造体の温度を検出することのできる他の光ファイバに対しても適用可能である。例えば、レイリー散乱、ラマン散乱、ブリルアン散乱の三種類の散乱光型の光ファイバセンサである。また、他の光ファイバにおいても同様に、温度を計測するためのセンサ部が形成されている周囲が被覆で覆われないようにすれば、温度をより精度よく計測することができる。

１ 表皮材、１ａ 第１表皮材、１ｂ 第２表皮材、２ 接着層、３ ハニカムコア、４ 光ファイバセンサ、５ 光ファイバ、６ ＦＢＧセンサ部、７ 被覆、８ チューブ、９ コア、１０ クラッド、１１ 光サーキュレータ、１２ ＡＳＥ光源、１３ 光波長計、１４ 収納体、１４ａ 収納スペース、１５ 接着剤、１５ａ 第１接着剤、１５ｂ 第２接着剤、１６ 定盤、１７ バギングフィルム、１８ シール材、１９ 第１成形材料、２０ 第２成形材料。

Claims (3)

1. 表皮材と、
   前記表皮材と接着層を介して接着されるハニカムコアと、
   温度を検出するためのセンサ部が形成された光ファイバを有しており、屈曲部分と直線部分とに分かれるように屈曲した光ファイバセンサと、
   前記屈曲部分を前記接着層と接触させずに収納するための収納スペースを有しており、前記表皮材と前記ハニカムコアとの間に設けられた収納体と、
   を備え、
   前記直線部分の周囲のみチューブで覆われており、
   前記直線部分および前記チューブは、前記接着層の内部に埋め込まれ、
   前記屈曲部分は、前記接着層と接触しないように前記収納スペースに収納されている
   ハニカムサンドイッチ構造体。
2. 前記光ファイバは、前記センサ部として、ファイバ・ブラッグ・グレーティングが１個以上形成されている
   請求項１に記載のハニカムサンドイッチ構造体。
3. 請求項１または２に記載のハニカムサンドイッチ構造体の製造方法であって、
   前記光ファイバセンサが前記屈曲部分と前記直線部分とに分かれるように前記光ファイバセンサを屈曲させて、前記直線部分の周囲のみが前記チューブで覆われるようにするステップと、
   前記表皮材の接着面に第１接着剤を介して、前記センサ部、前記屈曲部分および前記直線部分が所望の位置に配置されるように、前記光ファイバセンサと、前記収納体とを設置し、前記屈曲部分が前記接着層と接触しないように前記収納スペースに収納するステップと、
   前記第１接着剤を介して設置した前記光ファイバセンサおよび前記収納体に第２接着剤を重ねることで、前記第１接着剤と前記第２接着剤とで前記光ファイバセンサおよび前記収納体を挟むステップと、
   前記第１接着剤と前記第２接着剤とで挟んだ前記光ファイバセンサおよび前記収納体が設置される前記接着面に前記ハニカムコアを設置し、加圧下で加熱することで、前記接着面に前記光ファイバセンサおよび前記収納体を接着するとともに、前記ハニカムコアを接着するステップと、
   を備えたハニカムサンドイッチ構造体の製造方法。

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