JP4390322B2 - ハニカムパネル構造体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハニカムパネル構造体に係り、特に、種々の部材を取付けるために使用され貫通孔を有する埋込インサートを備えているハニカムパネル構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
薄板のスキンと軽量のハニカムコアとからなるハニカムパネル構造体は、ある程度の強度を有しながら重量が軽いので、特に全体重量に厳しい制約がある航空機や宇宙航行体などの構造部材として使用されている。このようなハニカムパネル構造体が、例えば人工衛星の推進系構体に使用される場合には、ここに、燃料タンク、トラスといった種々の部材・機器が、直接、あるいはブラケット類を介して取付けられる。ハニカムパネル構造体に他の構成部材・機器あるいはブラケット類を取付ける際には、ハニカムコアの空洞部分に直接ボルト等を通して締付けることは強度的に困難であるため、軽金属等からなるインサートをハニカムパネル本体に埋込み、締付軸力に抗すると共に、荷重を分散支持させることが一般的に行われている。
【０００３】
図４・図５は、ハニカムパネル構造体２１の一部を、詳細に示す断面図である。図５は、図４におけるＢ−Ｂ線視断面図である（ボルトは省略している）。ハニカムパネル構造体２１は、ハニカムパネル本体２２と、２つの埋込インサート２５・２６とを備えて構成されている。ハニカムパネル本体２２は、ハニカムコア２３と、その上下両面に固定された２枚のスキンプレート２４・２４とから形成されている。また、埋込インサート２５・２６は、ハニカムコア２３に、樹脂２７・２８を介して固定されている。これら２つの埋込インサート２５・２６は、近接配置となっている。ここでいう「近接」とは、埋込インサート間に、ハニカムコアが数列含まれる状態である。この例では、埋込インサート２５・２６を固定している樹脂２７・２８の間に、３列のハニカムコア２３ａが存在する。
【０００４】
埋込インサート２５には、他の構成部材・機器あるいはブラケット類などの被締結部材７が、ボルト９ａとナット９ｂとの螺合によって固定されている。同様に埋込インサート２６には、被締結部材８が、ボルト１０ａとナット１０ｂとの螺合によって固定されている。従来、このような構造においては、埋込インサート２５・２６それぞれが、貫通孔２５ａ・２６ａを１つだけ備え、これにより１つの支持点を形成しているのが一般的である。
【０００５】
こうしてハニカムパネル本体２２に取付けられた２つの埋込インサート２５・２６に、被締結部材７・８から、ハニカムパネル本体２２の面直方向に荷重が入力される形態を考えると、大きく分けて次の２通りがある。１つの形態は、被締結部材７から荷重Ｆ１が、被締結部材８から同方向の荷重Ｆ２が入力される形態、他の形態は、被締結部材７から荷重Ｆ１が、被締結部材８から逆方向の荷重Ｆ３が入力される形態である。前者を「同相入力形態」、後者を「逆相入力形態」と呼ぶことにする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、埋込インサート２５・２６が支持点ごとに設けられ、独立している構造において、特に逆相入力形態、すなわち、埋込インサート２５・２６間のハニカムコア２３ａにせん断力が作用する入力形態では、ハニカムコア２３ａが変形破損してしまうという問題があった。これは、ハニカムコアが一般的に、局所的なせん断力に弱いという性質を有するためである。せん断力によるハニカムコアの変形は、本例のように、埋込インサートが近接している場合に顕著である。その理由は、十数列あるいはそれ以上、埋込インサート間の距離が離れていると、たとえ逆相入力形態であっても、多数のハニカムでせん断力を分担することができるからである。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、従来の複数の埋込インサートと同じ位置に支持点を有しながら、より大きな荷重まで支持することのできるハニカムパネル構造体を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明によるハニカムパネル構造体は、ハニカムパネル本体と、このハニカムパネル本体内に設けられた埋込インサートとを備えてなり、前記埋込インサートは、複数の貫通孔を有すると共に、これら各貫通孔の形成された孔形成部が互いに剛構造をもって連結され、前記貫通孔の孔軸を前記ハニカムパネル本体の両面間方向に向けて配置されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、逆相入力の際に、従来ハニカム自体が支持していたせん断力を、埋込インサートが受持つことになる上、埋込インサートからハニカムパネル本体に伝えられる荷重も、埋込インサートが独立している場合より分散されるため、このハニカムパネル構造体は、より大きな荷重まで変形せずに耐えることができるようになる。
【００１０】
第２の発明は、第１のハニカムパネル構造体において、前記埋込インサートは、前記各孔形成部を連結する連結部が前記ハニカムパネル本体の表面と面一状態となるように形成されていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、埋込インサートにおいて、各孔形成部を連結する連結部が、スキンプレートの表面と面一状態となっているので、連結部に凹部が形成されているような埋込インサートや、連結部が例えば棒材で形成されている埋込インサートと比較すると、各孔形成部の結合剛性が高く、埋込インサート自体が堅固である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて、本発明によるハニカムパネル構造体の実施形態について説明する。図１は、一実施形態であるハニカムパネル構造体１の一部を詳細に示す断面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ線視断面図である（ボルトは省略している）。本実施形態のハニカムパネル構造体１は、ハニカムパネル本体２と、埋込インサート５とから構成されている。ハニカムパネル本体２は、ハニカムコア３とその上下両面に固定されたスキンプレート４・４とから形成されている。また、埋込インサート５は、ハニカムコア３に埋設固定されている。
【００１３】
埋込インサート５は、２つの貫通孔５ａ・５ｂが形成された孔形成部５ｃ・５ｄが、連結部５ｅによって剛結合された構造となっている。この構成は、一体部材に、２つの貫通孔５ａ・５ｂを穿設すると言い換えてもよい。埋込インサート５は、ここではアルミニウム製としている。
【００１４】
ハニカムパネル本体２のハニカムコア３は、アルミニウムからなり、ハニカムコア３の上下両面には、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）スキン４・４が取付けられて補強されている。ハニカムパネル本体２への、埋込インサート５の取付けは、まず、ハニカムコア３の一部を欠落させて、埋込インサート５の取付け空間を確保する。ここに埋込インサート５を配置し、下端をフィルム材で塞いだのち、ハニカムコア３と埋込インサート５との間に樹脂６を流し込んで、埋込インサート５を固定する。
【００１５】
こうしてハニカムパネル本体２に固定された埋込インサート５に、被締結部材７・８が取付けられる。埋込インサート５と被締結部材７との接続は、比較的短い６角穴付きボルト９ａを使用して行われる。ボルト９ａは、貫通孔５ａ内部に配置され、被締結部材７を貫通して、ナット９ｂと螺合されている。一方、被締結部材８の取付けについても、取付け面が反対になっていること以外は、被締結部材７の場合と同様であり、埋込インサート５と被締結部材８との接続は、ボルト１０ａとナット１０ｂとの螺合によりなされている。
【００１６】
次に、このような埋込インサート５を有するハニカムパネル構造体１の作用について説明する。まず、逆相入力形態について考える。逆相入力形態とは、図１において被締結部材７から荷重Ｆ１が、被締結部材８から荷重Ｆ３が入力されている状態である。この状態では、被締結部材７と被締結部材８とで挟まれた埋込インサート５の連結部５ｅにせん断力が作用する。埋込インサート５はアルミニウムで形成され、連結部５ｅには空洞がないため、この部分の強度は、同じくアルミニウムで形成されているハニカムコア３と比較して格段に向上している。従って、変形せずに支持可能なせん断力も格段に高いものとなっている。
【００１７】
一方、被締結部材７から荷重Ｆ１が、被締結部材８から荷重Ｆ２が入力されている同相入力形態では、荷重Ｆ１と荷重Ｆ２との大小関係にもよるが、連結部５ｅへのせん断力よりも、埋込インサート５の外周を固定している樹脂６、およびさらにその外周を支持しているハニカムコア３のせん断強度が問題となる。このような場合、埋込インサート５では、支持点が独立している従来タイプに比べて荷重がより分散するので、ハニカムコア３が変形せずに耐え得る荷重は大きくなる。
【００１８】
以上のように、本発明による埋込インサートを備えたハニカムパネル構造体は、逆相入力形態、同相入力形態いずれの場合についても、ハニカムパネル本体が支持し得る荷重が大きくなり、従来問題となっていたハニカムコアの変形を防止することができる。特にその効果は、複数の支持点が近接している場合の逆相入力に対して顕著である。
【００１９】
図３は、別の形態の埋込インサート１５を有するハニカムパネル構造体１１の部分断面図である。この実施形態における埋込インサート１５は、埋込インサート５と同様に２つの貫通孔１５ａ・１５ｂを有するものであるが、埋込インサート５と異なる点は、切欠部１５ｆ・１５ｆを有する点である。支持すべき荷重に対して強度的に余裕があれば、このように一部を切欠いた形状にして、軽量化を図ることができる。
【００２０】
埋込インサートの軽量化の方法としては、上記のように、一体部材で形成する際に、その一部を切欠くようにしてもよいし、あるいは、孔形成部を、別部材で剛結合する方法によって行ってもよい。
【００２１】
なお上記説明は、いずれも支持点が２つの場合について行ったが、これらはあくまで例示のためであり、本発明によるハニカムパネル構造体における埋込インサートの支持点数は、２つに限定されるわけではなく、それ以上であっても、同様の作用・効果が得られる。また、いずれの実施形態においても、複数の貫通孔が平行な場合を示したが、これも図示状態に限定されるものではなく、傾きを有する場合でも、同様の作用・効果を期待することができる。さらに、埋込インサートの材料についても、上記説明中ではアルミニウムとしたが、もちろん、これに限定されるわけではなく、各種軽合金等で形成してもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、第１の発明によれば、独立した埋込インサートと同じ位置に支持点を有しながら、より大きな荷重まで支持可能なハニカムパネル構造体を構成することができ、ハニカムコアを補強しなくとも、十分な強度が確保される。
【００２３】
また、第２の発明によれば、埋込インサートにおける各孔形成部の結合剛性が高く、埋込インサート自体が堅固であるので、より高い荷重まで、変形無く支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るハニカムパネル構造体の埋込インサート周りを詳細に示す断面図である。
【図２】 図１におけるＡ−Ａ線視断面図である。
【図３】 本発明に係る他の実施形態の埋込インサート周りを詳細に示す断面図である。
【図４】 従来のハニカムパネル構造体の埋込インサート周りを詳細に示す断面図である。
【図５】 図４におけるＢ−Ｂ線視断面図である。
【符号の説明】
１ ハニカムパネル構造体
２ ハニカムパネル本体
３ ハニカムコア
４ スキンプレート
５ 埋込インサート
５ａ・５ｂ 貫通孔
５ｃ・５ｄ 孔形成部
５ｅ 連結部
６ 樹脂
７・８ 被締結部材

Claims (2)

1. ハニカムパネル本体と、このハニカムパネル本体内に設けられた埋込インサートとを備えてなり、
   前記埋込インサートは、複数の貫通孔を有すると共に、これら各貫通孔の形成された孔形成部が取付け面が反対となるように設けられると共に互いに剛構造をもって連結され、前記貫通孔の孔軸を前記ハニカムパネル本体の両面間方向に向けて配置されていることを特徴とするハニカムパネル構造体。
2. 前記埋込インサートは、前記各孔形成部を連結する連結部が前記ハニカムパネル本体の表面と面一状態となるように形成されていることを特徴とする請求項１記載のハニカムパネル構造体。

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