JP4464208B2 - ハニカムサンドイッチパネルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハニカムサンドイッチパネルの製造方法に関し、特に、直線状の境界線を有する段部が設けられて二つの湾曲面が結合された形状を有する複合材表皮のハニカムサンドイッチパネルの製造方法に関する。

現在、金属材料や樹脂材料等で調製したハニカムコアと、このハニカムコアの上下面に接着される繊維強化樹脂複合材の表皮と、から構成されるハニカムサンドイッチパネルが航空機や人工衛星の構造材として使用されている（例えば、特許文献１参照。）。かかるハニカムサンドイッチパネルの従来の製造方法（以下「従来法」という）の一例について、図６及び図７を用いて具体的に説明する。なお、以下の説明においては、直線状の境界線を有する段部が設けられて二つの湾曲面が結合された形状を有するハニカムサンドイッチパネルを製造する方法について説明する。

従来法によれば、まず、図６に示すように、成形治具である下型１００の表面板１１０の上にピン付プリプレグ挟持部材２００を配置し、このピン付プリプレグ挟持部材２００をボルト３００で表面板１１０に位置決めして固定する。次いで、図６及び図７に示すように、表面板１１０及びピン付プリプレグ挟持部材２００の上にプリプレグＰ、ハニカムコアＣ及びプリプレグＰをこの順で積層するとともに、ピン付プリプレグ挟持部材２００のピン２１０にプリプレグＰの外縁部分を係止させる。そして、プリプレグＰの外縁部分の上にプリプレグ挟持部材４００を配置する。

続いて、図７に示すように、表面板１１０上に配置したプリプレグＰやプリプレグ挟持部材４００等を、副資材５００及びバギングフィルム６００で被覆し、被覆した部分の周囲にシーラント７００を配してバギングフィルム６００内を気密状態とする。そして、バギングフィルム６００内の空気の排出（真空引き）を行いながらオートクレーブで加圧・加熱することにより、表皮Ｓの成形（プリプレグＰの硬化）と、表皮ＳとハニカムコアＣとの接着と、を同時に行って、図８に示すようなハニカムサンドイッチパネルＨを得ている。
特開平４−２６７１３８号公報

ところで、前記したような従来法においては、図６（ａ）に示すように、下型１００の表面板１１０にピン付プリプレグ挟持部材２００をボルト３００で固定している。このため、オートクレーブで加熱されて膨張した下型１００の表面板１１０により、図７（ｂ）に示すようにピン付プリプレグ挟持部材２００やプリプレグＰが引きずられてしまう。この結果、製品の形状に歪みが生じるとともに、図８に示すようにハニカムコアＣの外縁部と表皮Ｓとの間に隙間Ｇが生じ、この隙間Ｇに樹脂や空気が溜まって製品の品質が低下してしまうという問題があった。

一方、前記したような従来法においてボルト３００を廃止すると、製品の品質が低下する場合がある。例えば、図６に示すように下型１００の表面板１１０に直線状の段付部Ｄが設けられる場合には、この段付部Ｄの上にもプリプレグＰを積層して加圧・加熱による成形を行うが、ボルト３００を廃止すると、表面板１１０の膨張によりプリプレグＰに対する段付部Ｄの相対位置が変化してしまう。この結果、製品に所望の段部を形成することができなくなり、製品の品質が低下することとなっていた。

本発明の課題は、湾曲し段部を有する複合材表皮のハニカムサンドイッチパネルを製造する場合に、製品形状の歪みを抑制するとともに、ハニカムコアと表皮との間に隙間が生じるのを防止して、きわめて高品質な製品を得ることができるハニカムサンドイッチパネルの製造方法を提供することである。

以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、直線状の境界線を有する段付部が設けられた下型の表面板の上にプリプレグ、ハニカムコア及びプリプレグをこの順で積層し、前記ハニカムコアの側方に配置される上方プリプレグ挟持部材及び下方プリプレグ挟持部材で前記プリプレグの外縁部分を挟持し、前記ハニカムコア及び前記プリプレグを被覆材で被覆して加圧・加熱することにより、湾曲し段部を有するハニカムサンドイッチパネルを製造する方法であって、前記表面板に第１のピンを立設するとともにネジ孔を複数設け、前記表面板の上に前記上方及び下方プリプレグ挟持部材が配置されたときに前記第１のピンが位置する部位を含むように前記上方及び下方プリプレグ挟持部材に長孔を設け、複数の前記ネジ孔と対向する前記下方プリプレグ挟持部材の部位に、前記ネジ孔に螺合させるピンボルトを挿通させるためのピン孔を設け、さらに、前記下方プリプレグ挟持部材に複数の第２のピンを立設する特定治具調製工程と、前記表面板の上に前記下方プリプレグ挟持部材を配置して前記第１のピンを前記長孔に挿入するとともに、前記下方プリプレグ挟持部材の前記ピン孔を前記表面板の前記ネジ孔に重ねる下方プリプレグ挟持部材配置工程と、ピンボルトを前記ピン孔に挿入するとともに前記ネジ孔に螺合して前記下方プリプレグ挟持部材の位置決めを行うピンボルト挿入工程と、前記表面板及び前記下方プリプレグ挟持部材の上にプリプレグ、ハニカムコア及びプリプレグを積層する積層工程と、前記ピンボルトを抜き取るピンボルト抜取工程と、前記下方プリプレグ挟持部材の前記第２のピンに前記プリプレグの外縁部分を押し付けて係止する材料係止工程と、前記プリプレグの外縁部分の上に前記上方プリプレグ挟持部材を配置することにより、前記下方プリプレグ挟持部材及び前記上方プリプレグ挟持部材で前記プリプレグの外縁部分を挟持する上方プリプレグ挟持部材配置工程と、前記ハニカムコア、前記プリプレグ、前記下方プリプレグ挟持部材及び前記上方プリプレグ挟持部材を前記被覆材で被覆して加圧・加熱することにより、前記プリプレグを硬化させて表皮を成形すると同時に、この表皮と前記ハニカムコアとを接着させる加圧・加熱工程と、を備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、下型の表面板に第１のピン及びネジ孔を設け、下方プリプレグ挟持部材に長孔及びピン孔を設けるとともに、上方プリプレグ挟持部材に長孔を設ける。そして、表面板の上に下方プリプレグ挟持部材を配置してピンボルトをピン孔に挿入するとともにネジ孔に螺合して下型に対する下方プリプレグ挟持部材の位置決めを行うとともに、第１のピンを長孔に挿入する。次いで、表面板及び下方プリプレグ挟持部材の上にプリプレグ、ハニカムコア及びプリプレグをこの順で積層した後、ピンボルトを抜き取り、プリプレグの外縁部分を下方プリプレグ挟持部材及び上方プリプレグ挟持部材で挟持する。続いて、ハニカムコアやプリプレグを被覆材で被覆して真空引きを行った状態で加圧・加熱することにより、プリプレグを硬化させて表皮を成形すると同時にハニカムコアと表皮とを接着させて、ハニカムサンドイッチパネルを得る。

従って、下型の表面板が加熱されて膨張した場合においても、表面板の第１のピンを、下方プリプレグ挟持部材及び上方プリプレグ挟持部材の長孔に沿って移動させることができるので、下方プリプレグ挟持部材やプリプレグや上方プリプレグ挟持部材が表面板に引きずられることがない。この結果、製品形状の歪みを抑制することができるとともに、ハニカムコアと表皮との間に隙間が生じるのを防止することができるので、きわめて高品質な製品を得ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のハニカムサンドイッチパネルの製造方法において、前記特定治具調製工程で、前記第１のピンを前記段付部の境界線の近傍に設けるとともに、前記下方プリプレグ挟持部材の前記長孔の長手方向を前記段付部の境界線に平行にし、かつ、前記長孔の幅寸法を前記第１のピンの外径にほぼ一致させることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、表面板の第１のピンを段付部の境界線の近傍に設けるとともに、下方プリプレグ挟持部材の長孔の長手方向を段付部の境界線に平行にする。従って、段付部の境界線に平行な方向においては、表面板の第１のピンを下方プリプレグ挟持部材の長孔に沿って移動させることができる。また、下方プリプレグ挟持部材の長孔の幅寸法を、表面板の第１のピンの外径にほぼ一致させるので、段付部の境界線に直角な方向においては、下方プリプレグ挟持部材の長孔に対する表面板の第１のピンの相対移動を抑制することができる。すなわち、段付部の境界線に直角な方向においては、プリプレグに対する段付部の相対位置の変化を抑制することができるので、段付部を用いて製品に所望の段部を形成することができる。

本発明によれば、下型の表面板に第１のピンを設けるとともに下方プリプレグ挟持部材に長孔を設け、表面板の上に下方プリプレグ挟持部材を配置して位置合わせする際に第１のピンを長孔に挿入するので、表面板が加熱されて膨張した場合においても、第１のピンを長孔に沿って移動させることができる。この結果、加圧・加熱時にプリプレグが表面板に引きずられることがないので、製品形状の歪みを抑制することができるとともに、ハニカムコアと表皮との間に隙間が生じるのを防止することができ、きわめて高品質な製品（ハニカムサンドイッチパネル）を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図を用いて詳細に説明する。

まず、本実施の形態に係る製造方法で使用される治具について説明する。本実施の形態においては、図１〜図４に示すように、下型１０、下方プリプレグ挟持部材２０、上方プリプレグ挟持部材３０、ピンボルト４０、副資材５０、バギングフィルム６０、シーラント７０等を治具として使用する。

下型１０は、図１及び図２に示すように、その表面板１１の上に下方プリプレグ挟持部材２０やプリプレグＰを載置させる治具であり、成形を行う場所に配置される。下型１０の表面板１１は、図１、図２及び図４に示すように、下方プリプレグ挟持部材２０の長孔２２に挿入される円柱状の第１のピン１２と、ピンボルト４０を固定するネジ孔１３と、製品に段部を形成するための段付部１４と、を備えており、鉄材で調製されている。段付部１４は直線状の境界線を有している。

下方プリプレグ挟持部材２０は、図１〜図４に示すように、上方プリプレグ挟持部材３０と対にされてプリプレグＰの外縁近傍部分を挟持する板状の治具であり、図１に示すように下型１０の表面板１１の上にロ字状に配置される。下方プリプレグ挟持部材２０は、図１〜図３に示すように、プリプレグＰの外縁近傍部分を係止させる第２のピン２１と、下型１０の表面板１１に設けられた第１のピン１２を挿入させる長孔２２と、ピンボルト４０を挿入させるピン孔２３と、製品に段部を形成するための段付部２４と、を備えている。

下方プリプレグ挟持部材２０の長孔２２は、図１及び図２に示すように、段付部２４の近傍に配置されており、その長さ方向は、図１に示すように、下型１０の表面板１１に設けられた段付部１４の境界線に対して平行になるように設定されている。また、長孔２２の幅寸法は、図１に示すように、表面板１１の第１のピン１２の外径にほぼ一致するように設定されている。また、図１に示すように、下方プリプレグ挟持部材２０のピン孔２３と、下型１０の表面板１１のネジ孔１３と、を重ねて両孔にピンボルト４０を挿入した状態において、長孔２２の中央付近に第１のピン１２が位置するようになっている。

上方プリプレグ挟持部材３０は、図２及び図４に示すように、下方プリプレグ挟持部材２０と対にされてプリプレグＰの外縁部分を挟持する板状の治具であり、下方プリプレグ挟持部材２０の上方に配置される。上方プリプレグ挟持部材３０は、下型１０の表面板１１に設けられた第１のピン１２を挿入させる（図示されていない）長孔を備えている。また、上方プリプレグ挟持部材３０は、図２に示すように、下方プリプレグ挟持部材２０の段付部２４に相対する位置に段付部３４を備えている。

ピンボルト４０は、下型１０の表面板１１に対して下方プリプレグ挟持部材２０を位置決めする。下型１０の表面板１１に設けられたネジ孔１３と、下方プリプレグ挟持部材２０に設けられたピン孔２３と、を重ね、ピンボルト４０をピン孔２３に挿入してネジ孔１３に螺合することにより、表面板１１に対して下方プリプレグ挟持部材２０を位置決めすることができる。

副資材５０及びバギングフィルム６０は、本発明における被覆材であり、図４に示すように、下型１０の表面板１１の上に載置したハニカムコアＣ、プリプレグＰ、下方プリプレグ挟持部材２０及び上方プリプレグ挟持部材３０を被覆するものである。副資材５０としては、ガラスクロス等のエアブリーザや離型フィルムを採用することができる。また、シーラント７０は、バギングフィルム６０で被覆した部分の周囲（下方プリプレグ挟持部材３０の周囲）に配されて、バギングフィルム６０で被覆した部分を密閉するためのものである。

次に、本実施の形態に係るハニカムサンドイッチパネルＨの製造方法について説明する。なお、本実施の形態においては、図５に示すように、ハニカムコアＣと、このハニカムコアＣの上下面に接着される繊維強化樹脂複合材の表皮Ｓ（図４に示したプリプレグＰを加圧・加熱して成形したもの）と、を有するハニカムサンドイッチパネルＨを製造する方法について説明することとする。

まず、本製造方法で使用する各治具（前記した下型１０や下方プリプレグ挟持部材２０等）を調製する（特定治具調製工程）。そして、図１及び図２に示すように、下型１０の表面板１１の上に下方プリプレグ挟持部材２０を配置して、表面板１１の第１のピン１２を下方プリプレグ挟持部材２０の長孔２２に挿入し、ネジ孔１３とピン孔２３とを重ねる（下方プリプレグ挟持部材配置工程）。

次いで、図１及び図２に示すように、ピンボルト４０をピン孔２３に挿入しネジ孔１３に螺合して、下型１０の表面板１１に対する下方プリプレグ挟持部材２０の位置決めを行う（ピンボルト挿入工程）。ネジ孔１３及びピン孔２３にピンボルト４０が挿入された状態においては、図１に示すように、表面板１１の第１のピン１２が下方プリプレグ挟持部材２０の長孔２２の中央付近に位置するようになっている。

次いで、図４に示すように、表面板１１及び下方プリプレグ挟持部材２０の上に複数枚のプリプレグＰを積層し、このプリプレグＰの上にハニカムコアＣを配置し、これらプリプレグＰ及びハニカムコアＣの上に複数枚のプリプレグＰを積層する（積層工程）。そして、下方プリプレグ挟持部材２０の第２のピン２１に各プリプレグＰの外縁部分を押し付けて係止する（材料係止工程）。なお、第２のピン２１にプリプレグＰの外縁部分を押し付けて係止させる直前に、ネジ孔１３及びピン孔２３からピンボルト４０を抜き取るようにする（ピンボルト抜取工程）。

次いで、図２及び図４に示すように、上方に配置したプリプレグＰの外縁部分の上に上方プリプレグ挟持部材３０を配置することにより、下方プリプレグ挟持部材２０及び上方プリプレグ挟持部材３０でプリプレグＰの外縁部分を挟持する（上方プリプレグ挟持部材配置工程）。次いで、図４に示すように、下型１０の表面板１１の上に載置したハニカムコアＣ、プリプレグＰ、下方プリプレグ挟持部材２０及び上方プリプレグ挟持部材３０を副資材５０及びバギングフィルム６０で被覆する。そして、被覆した部分の周囲にシーラント７０を配することにより、表面板１１とバギングフィルム６０とで囲まれるフィルム内空間を気密状態とする（被覆工程）。

次いで、図示していない吸引装置を用いて、フィルム内空間からの空気の排出（真空引き）を行い、バギングフィルム６内の圧力を真空圧とすることにより、プリプレグＰや下方プリプレグ挟持部材２０を下型１０の表面板１１に密着させて固定する（真空引工程）。この後、図示していないオートクレーブの内部に下型１０を搬入し、下型１０の表面板１１の上に載置したプリプレグＰ等に所定の圧力を加えながら加熱することにより、表皮Ｓの成形と、表皮ＳとハニカムコアＣとの接着と、を同時に実現させる（加圧・加熱工程）。以上の工程群を経ることにより、図５に示すようなハニカムサンドイッチパネルＨが得られる。

以上説明した本実施の形態に係る製造方法においては、図１に示すように、下型１０の表面板１１に第１のピン１２及びネジ孔１３を設けるとともに、下方プリプレグ挟持部材２０に長孔２２及びピン孔２３を設け、表面板１１の上に下方プリプレグ挟持部材２０を配置してネジ孔１３及びピン孔２３にピンボルト４０を挿入して下型１０に対する下方プリプレグ挟持部材２０の位置決めを行うとともに、第１のピン１２を長孔２２に挿入して長孔２２の中央付近に位置させる。そして、図４（ａ）に示すように、表面板１１及び下方プリプレグ挟持部材２０の上にプリプレグＰ、ハニカムコアＣ及びプリプレグＰをこの順で配置した後、ネジ孔１３及びピン孔２３からピンボルト４０を抜き取り、プリプレグＰの外縁部分を下方プリプレグ挟持部材２０及び上方プリプレグ挟持部材３０で挟持する。その後、図４（ａ）に示すように、ハニカムコアＣやプリプレグＰを副資材５０及びバギングフィルム６０で被覆して真空引きを行った状態で加圧・加熱することにより、表皮Ｓの成形と、表皮ＳとハニカムコアＣとの接着と、を同時に実現させてハニカムサンドイッチパネルＨを得る。

従って、下型１０の表面板１１が加熱されて膨張した場合においても、図４（ｂ）に示すように、表面板１１の第１のピン１２を下方プリプレグ挟持部材２０の長孔２２に沿って移動させることができるので、下方プリプレグ挟持部材２０やプリプレグＰが表面板１１に引きずられることがない。この結果、製品形状の歪みを抑制することができるとともに、ハニカムコアＣと表皮４との間に隙間が生じるのを防止することができるので、図５に示すようなきわめて高品質な製品を得ることができる。

また、以上説明した本実施の形態に係る製造方法においては、図１に示すように、下型１０の表面板１１の第１のピン１２を段付部１４の境界線の近傍に設けるとともに、下方プリプレグ挟持部材２０の長孔２２の長さ方向を段付部１４の境界線に平行にしている。従って、段付部１４の境界線に平行な方向においては、図４（ｂ）に示すように、表面板１１の第１のピン１２を下方プリプレグ挟持部材２０の長孔２２に沿って移動させることができる。

また、以上説明した本実施の形態に係る製造方法においては、図１に示すように、下方プリプレグ挟持部材２０の長孔２２の幅寸法を、表面板１１の第１のピン１２の外径にほぼ一致させているので、段付部１４の境界線に直角な方向においては、下方プリプレグ挟持部材２０の長孔２２に対する表面板１１の第１のピン１２の相対移動を抑制することができる。すなわち、段付部１４の境界線に直角な方向においては、プリプレグＰに対する段付部１４の相対位置の変化を少なくすることができるので、段付部１４を用いて製品に所望の段部を形成することができる。

本発明の実施の形態に係る製造方法で使用される下型の平面図である。 図１に示した下型の側面図（矢印II方向から見た図）である。 本発明の実施の形態に係る製造方法で使用される下方プリプレグ挟持部材の平面図である。 図１に示した下型の表面板上に下方プリプレグ挟持部材、プリプレグ、ハニカムコア及び上方プリプレグ挟持部材を配置し、これらを被覆材で被覆した状態におけるIV−IV部分の断面図である。 本発明の実施の形態に係る製造方法で製造されたハニカムサンドイッチパネルの部分断面図である。 従来の製造方法で使用される下型を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図（矢印Ｂ方向から見た図）である。 図６に示した下型の表面板上に下方プリプレグ挟持部材、プリプレグ、ハニカムコア及び上方プリプレグ挟持部材を配置し、これらを被覆材で被覆した状態におけるVII−VII部分の断面図である。 従来の製造方法で製造されたハニカムサンドイッチパネルを示すものであり、（ａ）は部分断面図、（ｂ）は部分平面図である。

１０ 下型
１１ 表面板
１２ 第１のピン
１３ ネジ孔
１４ 段付部
２０ 下方プリプレグ挟持部材
２１ 第２のピン
２２ 長孔
２３ ピン孔
３０ 上方プリプレグ挟持部材
４０ ピンボルト
５０ 副資材（被覆材）
６０ バギングフィルム（被覆材）
Ｃ ハニカムコア
Ｈ ハニカムサンドイッチパネル
Ｐ プリプレグ
Ｓ 表皮

Claims (2)

1. 直線状の境界線を有する段付部が設けられた下型の表面板の上にプリプレグ、ハニカムコア及びプリプレグをこの順で積層し、前記ハニカムコアの側方に配置される上方プリプレグ挟持部材及び下方プリプレグ挟持部材で前記プリプレグの外縁部分を挟持し、前記ハニカムコア及び前記プリプレグを被覆材で被覆して加圧・加熱することにより、湾曲し段部を有するハニカムサンドイッチパネルを製造する方法であって、
   前記表面板に第１のピンを立設するとともにネジ孔を複数設け、前記表面板の上に前記上方及び下方プリプレグ挟持部材が配置されたときに前記第１のピンが位置する部位を含むように前記上方及び下方プリプレグ挟持部材に長孔を設け、複数の前記ネジ孔と対向する前記下方プリプレグ挟持部材の部位に、前記ネジ孔に螺合させるピンボルトを挿通させるためのピン孔を設け、さらに、前記下方プリプレグ挟持部材に複数の第２のピンを立設する特定治具調製工程と、
   前記表面板の上に前記下方プリプレグ挟持部材を配置して前記第１のピンを前記長孔に挿入するとともに、前記下方プリプレグ挟持部材の前記ピン孔を前記表面板の前記ネジ孔に重ねる下方プリプレグ挟持部材配置工程と、
   ピンボルトを前記ピン孔に挿入するとともに前記ネジ孔に螺合して前記下方プリプレグ挟持部材の位置決めを行うピンボルト挿入工程と、
   前記表面板及び前記下方プリプレグ挟持部材の上にプリプレグ、ハニカムコア及びプリプレグを積層する積層工程と、
   前記ピンボルトを抜き取るピンボルト抜取工程と、
   前記下方プリプレグ挟持部材の前記第２のピンに前記プリプレグの外縁部分を押し付けて係止する材料係止工程と、
   前記プリプレグの外縁部分の上に前記上方プリプレグ挟持部材を配置することにより、前記下方プリプレグ挟持部材及び前記上方プリプレグ挟持部材で前記プリプレグの外縁部分を挟持する上方プリプレグ挟持部材配置工程と、
   前記ハニカムコア、前記プリプレグ、前記下方プリプレグ挟持部材及び前記上方プリプレグ挟持部材を前記被覆材で被覆して加圧・加熱することにより、前記プリプレグを硬化させて表皮を成形すると同時に、この表皮と前記ハニカムコアとを接着させる加圧・加熱工程と、
   を備えることを特徴とするハニカムサンドイッチパネルの製造方法。
2. 前記特定治具調製工程で、
   前記第１のピンを前記段付部の境界線の近傍に設けるとともに、前記下方プリプレグ挟持部材の前記長孔の長手方向を前記段付部の境界線に平行にし、かつ、前記長孔の幅寸法を前記第１のピンの外径にほぼ一致させることを特徴とする請求項１に記載のハニカムサンドイッチパネルの製造方法。

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