JP4510586B2 - 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５〜図７を用いて具体的に説明する。

従来法によれば、まず、図５に示すように、表面板１００の上にプリプレグＰ、ハニカムコアＣ及びプリプレグＰをこの順で積層して積層体を構成し、この積層体の上にコールプレート２００を配置する。次いで、これら表面板１００、積層体及びコールプレート２００の側方にフェアリングバー３００を配置し、これらフェアリングバー３００をボルト４００で表面板１００に固定する。

続いて、表面板１００上に配置した積層体やコールプレート２００やフェアリングバー３００をバギングフィルムで被覆し、被覆した部分の周囲にシーラントを配してバギングフィルム内を気密状態とする。そして、バギングフィルム内の空気の排出（真空引き）を行いながらオートクレーブ等で加圧・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７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。
特許第３００１２７８号公報

ところで、前記した従来法において使用された表面板１００の材料が、プリプレグＰの材料より高い熱膨張係数を有する場合には、オートクレーブ等による加熱時に表面板１００がプリプレグＰよりも大きく熱膨張する。かかる場合には、図６（ａ）に示すように積層体とフェアリングバー３００との間に間隙ｄが形成され、プリプレグＰから流出した樹脂Ｊがこの間隙ｄに流入して硬化する。このような状態で表面板１００が冷却されると、表面板１００は図６（ｂ）に示すように加熱前の状態まで収縮するため、間隙ｄで硬化した樹脂Ｊによって積層体が内側に圧縮される。この結果、図７に示すように、パネルに反りが発生したり、パネル端部Ｄが損傷したりする場合があった。

このような問題を解決するために、図８に示すように、プリプレグＰの端部にゴム等からなるシーラントＧを配置することにより、積層体とフェアリングバー３００との間に形成された間隙に樹脂Ｊが流入するのを阻止する方法が考えられる。かかる方法を採用すると、プリプレグＰから流出した樹脂ＪをハニカムコアＣの内部に止めることができるが、シーラントＧをプリプレグＰの端部に配置する手間を要する。また、樹脂Ｊの付着等に起因してシーラントＧの柔軟性が損なわれた場合には、シーラントＧによって積層体が内側に圧縮されるため、前記した従来法を採用した場合と同様の問題（製品の反り等）が発生してしまう。

本発明の課題は、パネルの反りを防止するとともにパネル端部の損傷を防止して、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、下面型板の表面上にプリプレグ、ハニカムコア及びプリプレグをこの順で積層して積層体を構成し、この積層体の上に上面型板を配置し、前記上下面型板及び前記積層体の側方に側方治具を配置し、前記上下面型板、前記積層体及び前記側方治具を被覆材で被覆して加熱・加圧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てハニカムサンドイッチパネルを製造する方法であって、前記側方治具の前記積層体に近接ないし当接する面に凹部を設け、前記側方治具を前記積層体の側方に配置した状態における前記凹部の最下端位置を、前記積層体の最下端位置よりも下方に設定することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、側方治具の積層体に近接ないし当接する面に凹部を設け、側方治具を積層体の側方に配置した状態における凹部の最下端位置を、積層体の最下端位置よりも下方に設定する。このため、下面型板が、積層体を構成するプリプレグよりも大きく熱膨張して積層体と側方治具との間に間隙が形成され、プリプレグから流出した樹脂がこの間隙に流入した場合においても、この樹脂を側方治具の凹部に流入させて積層体の最下端位置よりも下方に溜めることができる。

従って、積層体と側方治具との間に形成された間隙に樹脂が溜まって硬化するのを阻止することができるので、下面型板が冷却されて加熱前の状態まで収縮した場合においても、樹脂によって積層体が内側に圧縮されることがない。この結果、パネルに反りが発生したり、パネル端部が損傷したりするのを防止することができ、高品質な製品を得ることができる。また、プリプレグの端部にシーラントを配置する手間を省くことができるので、工程が簡素となる。

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、前記下面型板を、前記プリプレグの材料と同一の材料で構成することを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、下面型板を、プリプレグの材料と同一の材料で構成するので、下面型板とプリプレグとを加熱した場合には下面型板とプリプレグとが同等に熱膨張し、下面型板とプリプレグとを冷却した場合には下面型板とプリプレグとが同等に収縮する。従って、加熱・冷却時に下面型板の表面からプリプレグに作用する摩擦力を低減ないし消失させることができるので、パネルに反りが生じるのを効果的に阻止することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２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、前記上面型板を、前記プリプレグの材料と同一の材料で構成することを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、上面型板をプリプレグの材料と同一の材料で構成するので、上面型板とプリプレグとを加熱した場合には上面型板とプリプレグとが同等に熱膨張し、上面型板とプリプレグとを冷却した場合には上面型板とプリプレグとが同等に収縮する。従って、加熱・冷却時に上面型板の表面からプリプレグに作用する摩擦力を低減ないし消失させることができるので、パネルに反りが生じるのを効果的に阻止することができる。

本発明によれば、側方治具の積層体に近接ないし当接する面に凹部を設け、この凹部の最下端位置を積層体の最下端位置よりも下方に設定するので、下面型板がプリプレグよりも大きく熱膨張して積層体と側方治具との間に間隙が形成されプリプレグから流出した樹脂がこの間隙に流入した場合においても、樹脂を側方治具の凹部に流入させることができる。従って、積層体と側方治具との間に形成された間隙で樹脂が硬化するのを阻止できるので、下面型板が冷却され収縮した場合においても樹脂によって積層体が内側に圧縮されることがない。この結果、パネルに反りが発生したりパネル端部が損傷したりするのを防止でき、高品質な製品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。なお、本実施の形態においては、図４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（プリプレグをハニカムコアＣの両面に配置し加圧・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３に示すように、表面板１０、表層板１５、コールプレート２０、フェアリングバー３０、バギングフィルム４０、シーラント５０等を治具として使用する。

表面板１０は、図１に示すように、表層板１５やプリプレグＰを含む積層体を載置するための積層体載置部１１と、フェアリングバー３０を載置するための側方治具載置部１２と、を有している。表面板１０は、成形を行う場所に配置された（図示されていない）汎用の定盤の上に配置される。積層体載置部１１は、側方治具載置部１２より高い位置に設けられており、積層体載置部１１と側方治具載置部１２との段差によってフェアリングバー３０の移動が規制される。表面板１０は主として金属材料で構成される。また、本実施の形態においては、積層体載置部１１の面積をプリプレグＰの面積よりも広く設定している。

表層板１５は、本発明における下面型板であり、図１に示すように表面板１０の積層体載置部１１の上に配置され、その表面にはプリプレグＰが配置される。表層板１５は、プリプレグＰの材料と同一の材料（繊維強化樹脂複合材）で構成されている。また、本実施の形態においては、図１に示すように、表層板１５の面積をプリプレグＰの面積よりも広く設定している。

コールプレート２０は、本発明における上面型板であり、図１に示すように、表層板１５とともにプリプレグＰ及びハニカムコアＣからなる積層体を上下で挟んで加圧するものである。コールプレート２０は、プリプレグＰの材料と同一の材料（繊維強化複合材）で構成されている。また、本実施の形態においては、図１に示すように、コールプレート２０の面積をプリプレグＰの面積よりも広く設定している。

フェアリングバー３０は、本発明における側方治具であり、図１に示すように、表面板１０の積層体載置部１１と、プリプレグＰ及びハニカムコアＣからなる積層体と、コールプレート２０と、の側方を遮蔽して、ハニカムコアＣに側圧が作用するのを防ぐものである。フェアリングバー３０は、表面板１０の積層体載置部１１及びコールプレート２０に当接し積層体に近接する側面３１を有しており、この側面３１に断面コ字状の凹部３２が設けられている。また、フェアリングバー３０には、図２（ｂ）に示すように、フェアリングバー３０を表面板１０の側方治具載置部３２ｂに固定するボルトを挿入するための挿入孔３３が設けられている。

フェアリングバー３０を表面板１０の積層体載置部１１の側方に配置した場合に、凹部３２は積層体の側方から下方にかけて位置するようになっている。すなわち、図１に示すように、フェアリングバー３０を積層体の側方に配置した状態における凹部３２の最上端部３２ａの位置は、積層体の厚さ方向中間部の位置よりも若干上方に設定されている。また、図２（ｂ）に示すように、フェアリングバー３０を積層体の側方に配置した状態における凹部３２の最下端部３２ｂの位置は、積層体載置部１１の表面（上面）１１ｂの位置（積層体の最下端位置）よりも下方に設定されている。

バギングフィルム４０は、図３（ａ）に示すように、表面板１０の上に積層した表層板１５、積層体、コールプレート２０及びフェアリングバー３０を被覆するものである。シーラント５０は、バギングフィルム４０で被覆した部分の周囲（フェアリングバー３０の周囲）に配されて、バギングフィルム４０で被覆した部分を密閉する。

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。

まず、本製造方法で使用する各治具（表面板１０、表層板１５、コールプレート２０、フェアリングバー３０等）を調製する。そして、図１に示すように、表面板１０の積層体載置部１１の上に表層板１５を配置し、この表層板１５の表面上に複数枚のプリプレグＰを積層し、これらプリプレグ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を積層して積層体を構成する。次いで、表面板１０の側方治具載置部１２の上にフェアリングバー３０を載置して、図示されていないボルトでフェアリングバー３０を側方治具載置部１２に固定する。

続いて、図３（ａ）に示すように、表面板１０の上に配置した表層板１５、積層体、コールプレート２０及びフェアリングバー３０をバギングフィルム４０で被覆する。そして、被覆した部分の周囲にシーラント５０を配することにより、表面板１０とバギングフィルム４０とで囲まれるフィルム内空間を気密状態とする。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、フィルム内空間の圧力を真空圧とする。また、プリプレグＰを表層板１５に固定する。

この後、図示していないオートクレーブの内部に表面板１０を搬入し、表面板１０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。以上の工程群を経ることにより、図４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。

以上説明した実施の形態に係る製造方法においては、フェアリングバー３０の側面３１に凹部３２を設けるとともに、図２（ｂ）に示すように、フェアリングバー３０を積層体の側方に配置した状態における凹部３２の最下端部３２ｂの位置を、積層体の最下端位置よりも下方に設定する。このため、表面板１０がプリプレグＰよりも大きく熱膨張して図３（ａ）に示すように積層体とフェアリングバー３０との間に間隙ｄが形成され、プリプレグＰから流出した樹脂Ｊが間隙ｄに流入した場合においても、樹脂ｄをフェアリングバー３０の凹部３２に流入させて積層体の最下端位置よりも下方に溜めることができる。

従って、積層体とフェアリングバー３０との間に形成された間隙ｄに樹脂Ｊが溜まって硬化するのを阻止することができるので、図３（ｂ）に示すように表面板１０が冷却されて加熱前の状態まで収縮した場合においても、樹脂Ｊによって積層体が内側に圧縮されることがない。この結果、パネルに反りが発生したり、パネル端部が損傷したりするのを防止することができ、高品質な製品を得ることができる。また、プリプレグＰの端部にシーラントを配置する手間を省くことができるので、工程が簡素となる。

また、以上説明した実施の形態に係る製造方法においては、図３に示す表面板１０の積層体載置部１１の上に載置された表層板１５を、プリプレグＰの材料と同一の材料で構成している。このため、成形の際に表面板１０とプリプレグＰとを加熱した場合には、表面板１０の積層体載置部１１の上に載置された表層板１５とプリプレグＰとが同等に熱膨張し、成形後に表面板１０とプリプレグＰとを冷却した場合には、表面板１０の積層体載置部１１の上に載置された表層板１５と、プリプレグＰが硬化した表皮Ｓと、が同等に収縮する。従って、加熱・冷却時に表面板１０が伸縮した場合においても、この表面板１０の伸縮によってプリプレグＰや表皮Ｓに作用する摩擦力を低減ないし消失させることができるので、パネルに反りが生じるのを効果的に阻止することができる。

また、以上説明した実施の形態に係る製造方法においては、図３に示すコールプレート２０をプリプレグＰの材料と同一の材料で構成している。このため、成形の際にコールプレート２０とプリプレグＰとを加熱した場合には、コールプレート２０とプリプレグＰとが同等に熱膨張し、成形後（プリプレグＰの硬化後）にコールプレート２０と表皮Ｓとを冷却した場合には、コールプレート２０と表皮Ｓとが同等に収縮する。従って、加熱・冷却時にコールプレート２０の表面からプリプレグＰや表皮Ｓに作用する摩擦力を低減ないし消失させることができるので、パネルに反りが生じるのを効果的に阻止することができる。

なお、以上の実施の形態においては、フェアリングバー３０の側面３１に断面コ字状の凹部３２を設けた例を示したが、凹部の形状はこれに限られるものではない。また、フェアリングバー３０の剛性を損なわない程度で凹部の大きさを拡大することもできる。また、フェアリングバー３０の側面における凹部の位置を適宜変更することもできる。但し、このように凹部の形状・大きさ・位置を変更した場合においても、フェアリングバー３０を積層体の側方に配置した状態における凹部の最下端位置を、積層体の最下端位置よりも下方に設定して、プリプレグＰから流出する樹脂Ｊをフェアリングバー３０の凹部に流入させるようにする。

また、以上の実施の形態においては、表面板１０の積層体載置部１１及び表層板１５の面積をプリプレグＰの面積より広くすることにより、図１に示すようにフェアリングバー３０の側面３１と積層体との間に予め間隙を設けた例を示したが、表面板１０の積層体載置部１１及び表層板１５の面積をプリプレグＰの面積とほぼ同一にしてフェアリングバー３０の側面３１を積層体に当接させることもできる。かかる場合においても、プリプレグＰから流出する樹脂Ｊを側面３１に設けた凹部３２に流入させて本発明による効果を得ることができる。

また、以上の実施の形態においては、図３に示すように段差を有する表面板１０を採用した例を示したが、必ずしもこのような段差を有する表面板１０を採用する必要はない。例えば、平坦な定盤の上に下面型板としてのコールプレートを配置し、このコールプレートの表面上にプリプレグＰ等からなる積層体を構成し、この積層体の上に上面型板としてのコールプレートを配置し、上下のコールプレート及び積層体の側方にフェアリングバー３０を配置することができる。

かかる場合において、下面型板としてのコールプレートの材料がプリプレグＰの材料より高い熱膨張係数を有することに起因して、加熱時にフェアリングバー３０と積層体との間に間隙が形成されても、プリプレグＰから流出する樹脂Ｊをフェアリングバー３０の凹部３２に流入させて、本発明による効果を得ることができる。また、下面型板としてのコールプレートをプリプレグＰの材料と同一の材料で構成することにより、加熱・冷却時にコールプレートの表面からプリプレグに作用する摩擦力を低減ないし消失させることができ、パネルに反りが生じるのを効果的に阻止することができる。

本発明の実施の形態に係る製造方法で使用される治具（表面板、表層板、コールプレート、フェアリングバー等）を示す断面図である。 （ａ）は図１に示したフェアリングバーをII−IIの方向から見た場合の矢視図であり、（ｂ）は図１に示したフェアリングバーに設けられた凹部の位置を説明するための説明図である。 （ａ）は図１に示した表面板上に積層体やフェアリングバーを配置し、これらをバギングフィルムで被覆して加熱した状態を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した状態から表面板が冷却されて加熱前の状態に収縮した状態を示す断面図である。 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側面図である。 従来の製造方法で使用される治具（表面板、コールプレート、フェアリングバー等）を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のB−B部分における断面図である。 （ａ）は図５に示した表面板上に積層体やフェアリングバーを配置して加熱した状態を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した状態から表面板が冷却されて加熱前の状態に収縮した状態を示す断面図である。 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の側面図である。 ハニカムサンドイッチパネルの反りや端部損傷を防ぐための従来の方法を説明するための説明図である。

符号の説明

１５ 表層板（下面型板）
２０ コールプレート（上面型板）
３０ フェアリングバー（側方治具）
３１ 側面（積層体に近接ないし当接する面）
３２ 凹部
３２ｂ 最下端部
４０ 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 (3)

1. 下面型板の表面上にプリプレグ、ハニカムコア及びプリプレグをこの順で積層して積層体を構成し、この積層体の上に上面型板を配置し、前記上下面型板及び前記積層体の側方に側方治具を配置し、前記上下面型板、前記積層体及び前記側方治具を被覆材で被覆して加熱・加圧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てハニカムサンドイッチパネルを製造する方法であって、
   前記側方治具の前記積層体に近接ないし当接する面に凹部を設け、前記側方治具を前記積層体の側方に配置した状態における前記凹部の最下端位置を、前記積層体の最下端位置よりも下方に設定す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. 前記下面型板を、前記プリプレグの材料と同一の材料で構成す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。
3. 前記上面型板を、前記プリプレグの材料と同一の材料で構成することを特徴とする請求項１又は２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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