JP2016187912A - 壁材集合体およびサンドイッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】航空機向け二次構造部品等の壁材集合体における部材間の接着強度の低下を防止する。
【解決手段】複数の壁材２１が並べられて成り、前記壁材２１の少なくとも一端側に板状のスキン部材１０を接着して使用される壁材集合体２０であって、前記スキン部材１０と接着される前記壁材２１の端部２１ａに形成され、前記壁材２１の板厚方向に突出して接着剤３０を保持する接着剤保持部４０を備えて成る。
【選択図】図２

Description

本発明は、航空機等の分野において二次構造部品等に採用される壁材集合体およびサンドイッチパネルに関する。

航空機や風車などの分野において、軽量かつ高剛性を発揮する部品が用いられている。このような部品として、例えば、ハニカム構造の部材（ハニカム部材）を採用したものがある。ハニカム部材は、多数の壁材が並べられて成り、このハニカム部材をスキン部材に貼り付けることにより、部品は構成される（例えば、特許文献１参照）。

このようなハニカム部材とスキン部材とを貼り付けたサンドイッチパネルは、軽量で高剛性を発揮できるため、航空機の分野における二次構造部品、例えば舵面やフェアリングだけでなく、種々の分野および種々の部品に採用されている。このサンドイッチパネルは、一般に、ハニカム部材をスキン部材の形状に合わせて機械加工し、接着剤によってスキン部材を接着することにより製造される。

特開２０１３−１９３５３７号公報

しかし、ハニカム部材の機械加工やスキン部材の成形においては、製作誤差が生じることがあり、この誤差によってハニカム部材とスキン部材とが接着不良を起こす虞がある。このようなハニカム部材とスキン部材との接着不良は、ハニカム部材とスキン部材との接着強度を低下し、サンドイッチパネルの強度と剛性に影響してしまう。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、航空機向け二次構造部品等のサンドイッチパネルにおける部材間の接着強度の低下を防止することを目的とする。

上記課題を解決する第一の発明に係る壁材集合体は、複数の壁材が並べられて成り、前記壁材の少なくとも一端側に板状のスキン部材を接着して使用される壁材集合体であって、前記スキン部材と接着される前記壁材の端部に形成され、前記壁材の板厚方向に突出して接着剤を保持する接着剤保持部を備えたことを特徴とする。

上記課題を解決する第二の発明に係る壁材集合体は、複数の壁材が並べられて成り、前記壁材の少なくとも一端側に板状のスキン部材を接着して使用される壁材集合体であって、前記スキン部材と接着される前記壁材の端部に形成され、前記スキン部材との接着方向に伸縮可能であって伸縮時に形成される隙間に接着剤を保持する接着剤保持部を備えたことを特徴とする。

上記課題を解決する第三の発明に係る壁材集合体は、第一または第二の発明に係る壁材集合体において、前記接着剤保持部が、前記スキン部材の形状に沿って変形し得るものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第四の発明に係る壁材集合体は、第一の発明に係る壁材集合体において、前記接着剤保持部が、前記壁材の板厚よりも厚く形成されて成るものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第五の発明に係る壁材集合体は、第一から第三のいずれか一つの発明に係る壁材集合体において、前記接着剤保持部が、蛇腹状に形成されて成るものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第六の発明に係る壁材集合体は、第一の発明に係る壁材集合体において、前記接着剤保持部が、前記壁材に含まれる繊維質を露出して成るものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第七の発明に係る壁材集合体は、第一から第三のいずれか一つの発明に係る壁材集合体において、前記接着剤保持部が、前記壁材の板厚を前記端部に向かって厚くして成るものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第八の発明に係る壁材集合体は、第一から第三のいずれか一つの発明に係る壁材集合体において、前記接着剤保持部が、前記壁材を板厚方向に複数に分岐して成るものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第九の発明に係る壁材集合体は、第一から第八のいずれか一つの発明に係る壁材集合体において、複数の前記壁材によって所定の断面形状を有する柱状の中空セルが形成され、複数の前記中空セルが同一の断面形状を有して隙間なく並べられていることを特徴とする。

上記課題を解決する第十の発明に係る壁材集合体は、第一から第九のいずれか一つの発明に係る壁材集合体において、光硬化樹脂を用いて３Ｄプリンタによって形成されるものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第十一の発明に係るサンドイッチパネルは、第一から第十のいずれか一つの発明に係る壁材集合体の上下面の少なくとも一方に、前記スキン部材が接着されたものであることを特徴とする。

第一の発明に係る壁材集合体によれば、接着剤保持部によって接着剤を保持することにより、壁材すなわち壁材集合体とスキン部材との接着強度を高めることができる。

第二の発明に係る壁材集合体によれば、接着剤保持部によって接着剤を保持することにより、壁材すなわち壁材集合体とスキン部材との接着強度を高めることができると共に、接着剤保持部をスキン部材との接着方向に伸縮させることにより、壁材すなわち壁材集合体とスキン部材との寸法誤差を吸収し、スキン部材との接着強度を安定して高めることができる。

第三の発明に係る壁材集合体によれば、接着剤保持部がスキン部材の形状に沿って変形し得るので、壁材すなわち壁材集合体とスキン部材との寸法誤差を吸収することができる。

第四から第八の発明に係る壁材集合体によれば、簡易な構造で接着剤保持部を構成することができる。

第九の発明に係る壁材集合体によれば、同一の断面形状を有する複数の前記中空セルを備え、複数の前記中空セルが隙間なく並べられているので、軽量かつ高剛性な部品を実現することができる。

第十の発明に係る壁材集合体によれば、壁材集合体の一つの成分として光硬化樹脂を用いることにより、３Ｄプリンタによって接着剤保持部を種々の形状で容易に成形することができると共に、容易に硬化することができる。

第十一の発明に係るサンドイッチパネルによれば、壁材集合体とスキン部材との接着強度を高めることができる。

実施例１に係る壁材集合体を備えたサンドイッチパネルの構造を示す説明図（斜視図）である。 実施例１に係る壁材集合体を備えたサンドイッチパネルの構造および製造工程を示す説明図（断面図）である。 実施例１に係る壁材集合体における接着剤保持部を示す部分拡大図（断面図）である。 実施例１に係る壁材集合体における接着剤保持部と形状を異にする変形例を示す部分拡大図（断面図）である。 実施例１に係る壁材集合体における接着剤保持部と形状を異にする変形例を示す部分拡大図（断面図）である。 実施例２に係る壁材集合体における接着剤保持部を示す部分拡大図（断面図）である。 実施例２に係る壁材集合体における接着剤保持部を示す部分拡大図（平面図）である。 実施例２に係る壁材集合体における接着剤保持部と形状を異にする変形例を示す部分拡大図（断面図）である。 実施例２に係る壁材集合体における接着剤保持部と形状を異にする変形例を示す説明図（斜視図）である。 実施例２に係る壁材集合体における接着剤保持部と形状を異にする変形例を示す説明図（斜視図）である。 実施例２に係る壁材集合体における接着剤保持部と形状を異にする変形例を示す説明図（斜視図）である。

以下に、本発明に係る壁材集合体の実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例は、本発明に係る壁材集合体をハニカム部材に採用し、本発明に係るサンドイッチパネルをハニカム部材の両面にスキン部材を接着させて成るハニカムサンドイッチパネルに採用したものである。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは言うまでもない。

［実施例１］
本発明の実施例１に係るハニカムサンドイッチパネルの構造について、図１から図３を参照して説明する。

図１および図２に示すように、ハニカムサンドイッチパネル１は、平板形状のスキン部材１０と、スキン部材１０に挟まれて当該スキン部材１０と略直交する多数の壁材２１を有するハニカム部材２０とから成る。スキン部材１０は、硬化済みの炭素繊維強化プラスチック等の複合材料から成り、このスキン部材１０をハニカム部材２０の両端側（図２における上側および下側）に接着剤３０によって貼り付けることにより、ハニカムサンドイッチパネル１は製造される。接着剤の硬化には、部品の使用目的により、種々の手法が用いられるが、例えば、これらを図示しないオートクレーブによって加熱および加圧することにより、サンドイッチパネル１を製造することができる。

なお、ハニカムサンドイッチパネル１の製造において中間材料状態のスキン部材１０を使用し、スキン部材１０の硬化と共に当該スキン部材１０とハニカム部材２０との接着を行うようにしても良い。具体的には、中間材料状態のスキン部材１０をハニカム部材２０の両端側にシート状の接着剤３０を介して配置し、これらを図示しないオートクレーブによって加熱および加圧することにより、ハニカムサンドイッチパネル１を製造することができる。中間材料には、例えばプリプレグ（例えば、シート状、織物状、またはトウ状等の繊維に樹脂を浸み込ませた材料）が用いられる。

このように製造されたハニカムサンドイッチパネル１は、スキン部材１０の面内方向（図２における左右方向）における力に対してはスキン部材１０自体の剛性によってその形状が保持され、スキン部材１０の面直方向（図２における上下方向）における力に対してはハニカム部材２０の剛性によってその形状が保持される。また、ハニカムサンドイッチパネル１の強度と剛性は、スキン部材１０とハニカム部材２０との接着強度にも影響される。そこで、ハニカムサンドイッチパネル１においては、ハニカム部材２０におけるスキン部材１０との接着部、すなわち、壁材２１の端部２１ａに、接着剤３０によるスキン部材１０とハニカム部材２０との接着強度を向上させるための接着剤保持部４０を設けている。

ハニカム部材２０は、繊維材と光硬化樹脂とから成る。繊維材を含む光硬化樹脂を図示しない３Ｄプリンタによって所定の形状に成形すると共に、図示しない光源によって所定の光を照射して光硬化樹脂を硬化することにより製造される。このように３Ｄプリンタを使用してハニカム部材２０を製造することにより、接着剤保持部４０として種々の形状を成形することができる。ただし、ハニカム部材２０の素材は、これに限定されるものではなく、使用目的などによって、種々の材料が用いられる。例えば、熱可塑性樹脂（ＡＢＳ樹脂、ＰＬＡ樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂等）や熱硬化樹脂（エポキシ樹脂等）が用いられる。樹脂材に混ぜて使用する強化材として、繊維材の他に粒状フィラー・マイクロガラスバルーン等が用いられる。また、金属を用いることもできる。また、ハニカム部材２０を成形する手法として３Ｄプリンタが最も好ましいが、これに限定されるものではない。

図１に示すように、ハニカム部材２０は、多数の壁材２１が並べられることによって形成される中空セル（本実施例においては六角柱）が隙間なく並べられた形態となっている。このように同じ中空セルが並ぶようにハニカム部材２０を形成することにより、軽量かつ高剛性の部品を実現することができる。もちろん、本発明における壁材集合体は、本実施例のように同じ中空セルを並べた形態に限定されず、形状を異にする中空セルを並べた形態であっても良い。ここで、中空セルとしては、本実施例のような六角柱だけでなく、三角柱や四角柱などの多角柱または円柱等が挙げられる。また、中空セルとしては、湾曲部における形状追随のために、三角錐、四角錐、六角錐などの多角錐の底側を抜き出した形状（角錐形状）や円錐形状、錐台形状などであっても良く、他部品との組立のために、ブロック状の部分や凸状部、凹状部などが一部に含まれていても良い。

図３に示すように、ハニカム部材２０におけるスキン部材１０との接着部、すなわち、壁材２１の端部２１ａ（図１参照）には、接着剤３０を確実に保持してスキン部材１０との接着を強固にするための接着剤保持部４０が形成されている。接着剤保持部４０は、ハニカム部材２０の板厚ｔがスキン部材１０から離れるに従って板厚方向（図３における左右方向）に厚くなる突出部４０ａが高さ方向（図３における上下方向）に少なくとも一つは形成され（図３においては、二つが連なった状態）、この突出部４０ａは、壁材２１から突出し、硬化した接着剤３０に食い込んだ状態となっている。

このような接着剤保持部４０を壁材２１の端部２１ａに設けることにより、壁材２１と接着剤３０との接触面積が増大されるので、ハニカム部材２０と接着剤３０との接着強度、すなわち、ハニカム部材２０とスキン部材１０との接着強度を高めることができる。また、ハニカムサンドイッチパネル１に接着剤３０とハニカム部材２０とが離間する方向（図３における上下方向）の力が作用した際においても、接着剤保持部４０（突出部４０ａ）が接着剤３０に引っ掛かるので、ハニカム部材２０と接着剤３０、すなわち、ハニカム部材３０とスキン部材１０との離脱を防止することができる。

本発明における接着剤保持部は、本実施例のように突出部４０ａが連なった接着剤保持部４０に限定されず、ハニカム部材２０と接着剤３０との接着強度を高めることができるものであれば良い。本発明における接着剤保持部として、例えば、図４に示すように、壁材２１の板厚ｔがスキン部材１０に近づくに従って板厚方向（図４における左右方向）に厚くなる（突出する）、すなわち、端部２１ａ（図１参照）に向かって末広の接着剤保持部４１であっても良い。このような末広の接着剤保持部４１であっても、本実施例と同様に、図示しない３Ｄプリンタを使用することによって容易に成形することができると共に、本実施例と同様の作用および効果を奏する。

また、本発明における接着剤保持部として、図５に示すように、繊維質４２ａを板厚方向（図５における左右方向）に露出（突出）させた接着剤保持部４２であっても良い。この接着剤保持部４２は、図示しない３Ｄプリンタを使用し、繊維質４２ａを多く含んだ光硬化樹脂によって少なくとも壁材２１の端部２１ａ（図１参照）を成形すると共に、図示しない光源によって所定の光を照射して光硬化樹脂を硬化することにより製造することができる。このように壁材２１の繊維質４２ａを露出させた接着剤保持部４２であっても、本実施例と同様の作用および効果を奏する。

上述した接着剤保持部４０，４１，４２は、何れも図示しない３Ｄプリンタを使用して容易に成形することができるものであり、ハニカム部材２０の全ての壁材２１および壁材２１における端部２１ａ全体に設けなくとも良い。例えば、スキン部材１０とハニカム部材２０との十分な接着強度を確保することができる範囲で、ハニカム部材２０の一部の壁材２１にのみ設けても良く、壁材２１における端部２１ａの一部にのみ設けても良い。

［実施例２］
本発明の実施例２に係るハニカムサンドイッチパネルの構造について、図６および図７を参照して説明する。

本実施例に係るハニカムサンドイッチパネル１は、本発明の実施例１に係るハニカムサンドイッチパネル１における接着剤保持部４０に代えて接着剤保持部４３を備えたものである。つまり、本実施例に係るハニカムサンドイッチパネル１は、ハニカム部材２０における壁材２１の端部２１ａの形状を変更したことを除いて、本発明の実施例１に係るハニカムサンドイッチパネル１と同様な構造を有するものである。よって、本実施例に係るハニカムサンドイッチパネル１における実施例１と同様な構造に対する重複説明は適宜省略する。

図６に示すように、ハニカムサンドイッチパネル１は、スキン部材１０とハニカム部材２０とが接着剤３０によって接着されて成り、ハニカム部材２０におけるスキン部材１０との接着部、すなわち、壁材２１の端部２１ａ（図１参照）には、接着剤３０を確実に保持してスキン部材１０との接着を強固にすると共に、スキン部材１０との寸法誤差を吸収する接着剤保持部４３が形成されている。

接着剤保持部４３は、壁材２１の端部２１ａ（図１参照）に屈曲部４３ａを設けることにより蛇腹状に形成されて成る。このような蛇腹状の接着剤保持部４３を壁材２１の端部２１ａに設けたことにより、屈曲部４３ａが壁材２１の板厚方向（図６における左右方向）に突出して実施例１と同様の作用および効果を奏すると共に、スキン部材１０とハニカム部材２０との寸法誤差を吸収し、ハニカム部材２０とスキン部材１０との接着強度を安定して高めることができる。

接着剤保持部４３は、屈曲部４３ａが変形することによって高さ方向（図６における上下方向）に伸縮することができる。この接着剤保持部４３の伸縮動作によって、接着剤保持部４３における先端部４３ｂの位置、すなわち、壁材２１の高さ（図６における上下方向の長さ）が変化する。つまり、先端部４３ｂは、接着剤保持部４３が伸縮動作することにより、スキン部材１０の形状に追従することができる。

よって、スキン部材１０とハニカム部材２０との距離（隙間）が製作誤差や取り付け誤差等によって変化した場合においても、接着保持部４３の先端部４３ｂはスキン部材１０の形状に追従してスキン部材１０の接着面１１に接触するので、ハニカム部材２０におけるスキン部材１０との接着部、すなわち、壁材２１の端部２１ａが確実に接着剤３０と接着する。つまり、ハニカム部材２０とスキン部材１０との接着強度を安定させることができる。

図７に示すように、隣り合う壁材２１に設けられる接着剤保持部４３の間には、スリット４３ｃが設けられており、接着剤保持部４３は、それぞれ独立して変形できるようになっている。よって、接着剤保持部４３は、図示しない３Ｄプリンタを使用することによって、容易に成形することができると共に、上述の作用および効果を奏する。

本発明における接着剤保持部は、本実施例のように蛇腹状の接着剤保持部４３に限定されず、ハニカム部材２０と接着剤３０との接着強度を高めると共に、壁材２１の高さがスキン部材１０の接着面１１の形状に沿って変化し得るものであれば良い。本発明における接着剤保持部として、例えば、図８に示すように、複数（図８においては、二つ）に分岐した分岐部４４ａを有する接着剤保持部４４であっても良い。このような分岐部４４ａを有する接着剤保持部４４であっても、本実施例と同様に、図示しない３Ｄプリンタを使用することによって容易に成形することができると共に、本実施例と同様の作用および効果を奏する。

つまり、接着剤保持部４４は、屈曲部４３ａが壁材２１の板厚方向（図６における左右方向）に突出して実施例１と同様の作用および効果を奏すると共に、二つの分岐部４４ａが変形（回転動作）することによって、接着剤保持部４４における先端部４４ｂの位置、すなわち、壁材２１の高さ（図８における上下方向の長さ）が変化し、スキン部材１０とハニカム部材２０との寸法誤差が吸収され、ハニカム部材２０とスキン部材１０との接着強度が安定して高められる。例えば、分岐部４４ａの成す角度θが鋭角の場合には、壁材２１の高さが高く、分岐部４４ａの成す角度θが鈍角の場合には、壁材２１の高さが低い。

また、本発明における接着剤保持部として、例えば、図９に示すように、複数の開口部４５ａを有する接着剤保持部４５であっても良い。このような開口部４５ａを有する接着剤保持部４４であっても、本実施例と同様に、図示しない３Ｄプリンタを使用することによって容易に成形することができ、開口部４５ａに接着剤３０が保持されることによって接着強度が高められ、接着剤保持部４５（複数の開口部４５ａ）が変形（伸縮動作）することによって、壁材２１の高さ（図９における上下方向の長さ）が変化し、スキン部材１０とハニカム部材２０との寸法誤差が吸収され、ハニカム部材２０とスキン部材１０との接着強度が安定して高められる。

また、本発明における接着剤保持部として、例えば、図１０に示すように、鶴巻状に形成される接着剤保持部４６であっても良い。このような鶴巻状の接着剤保持部４６であっても、本実施例と同様に、図示しない３Ｄプリンタを使用することによって容易に成形することができ、鶴巻状に形成された接着剤保持部４６の隙間４６ａに接着剤３０が保持されることによって接着強度が高められ、接着剤保持部４６が変形（伸縮動作）することによって、壁材２１の高さ（図１０における上下方向の長さ）が変化し、スキン部材１０とハニカム部材２０との寸法誤差が吸収され、ハニカム部材２０とスキン部材１０との接着強度が安定して高められる。

また、本発明における接着剤保持部として、例えば、図１１に示すように、棒状の接着剤保持部４７であっても良い。このような棒状の接着剤保持部４７であっても、本実施例と同様に、図示しない３Ｄプリンタを使用することによって容易に成形することができ、棒状の接着剤保持部４７の隙間４７ａに接着剤３０が保持されることによって接着強度が高められ、接着剤保持部４７が変形（伸縮動作）することによって、壁材２１の高さ（図１１における上下方向の長さ）が変化し、スキン部材１０とハニカム部材２０との寸法誤差が吸収され、ハニカム部材２０とスキン部材１０との接着強度が安定して高められる。

１ ハニカムサンドイッチパネル（サンドイッチパネル）
１０ スキン部材
１１ スキン部材の接着面
２０ ハニカム部材（壁材集合体）
２１ 壁材
２１ａ 壁材の端部
３０ 接着剤
４０ 接着剤保持部

Claims (11)

1. 複数の壁材が並べられて成り、前記壁材の少なくとも一端側に板状のスキン部材を接着して使用される壁材集合体であって、
   前記スキン部材と接着される前記壁材の端部に形成され、前記壁材の板厚方向に突出して接着剤を保持する接着剤保持部を備えた
   ことを特徴とする壁材集合体。
2. 複数の壁材が並べられて成り、前記壁材の少なくとも一端側に板状のスキン部材を接着して使用される壁材集合体であって、
   前記スキン部材と接着される前記壁材の端部に形成され、前記スキン部材との接着方向に伸縮可能であって伸縮時に形成される隙間に接着剤を保持する接着剤保持部を備えた
   ことを特徴とする壁材集合体。
3. 前記接着剤保持部が、前記スキン部材の形状に沿って変形し得るものである
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の壁材集合体。
4. 前記接着剤保持部が、前記壁材の板厚よりも厚く形成されて成るものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の壁材集合体。
5. 前記接着剤保持部が、蛇腹状に形成されて成るものである
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の壁材集合体。
6. 前記接着剤保持部が、前記壁材に含まれる繊維質を露出して成るものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の壁材集合体。
7. 前記接着剤保持部が、前記壁材の板厚を前記端部に向かって厚くして成るものである
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の壁材集合体。
8. 前記接着剤保持部が、前記壁材を板厚方向に複数に分岐して成るものである
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の壁材集合体。
9. 複数の前記壁材によって所定の断面形状を有する柱状の中空セルが形成され、
   複数の前記中空セルが、同一の断面形状を有して隙間なく並べられている
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の壁材集合体。
10. 光硬化樹脂を用いて３Ｄプリンタによって形成されるものである
    ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の壁材集合体。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の壁材集合体の上下面の少なくとも一方に、前記スキン部材が接着された
    ことを特徴とするサンドイッチパネル。

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