JP4650895B2 - バギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造 - Google Patents

Description

この発明は、複合材料構造体等をオートクレーブ成形（加熱加圧成形）する工程において、オートクレーブ装置内へ光ファイバセンサを導入するのに適したバギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造に関するものである。

従来技術としては、前駆体を光伝達媒体（光ファイバ）とともに一体的に加熱加圧成形することによって光伝達媒体が埋設された複合材料構造体を製造する方法に関するものがある。前駆体であるプリプレグを加熱加圧成形する際に、光伝達光ファイバの端面を突き合せて光伝達可能に連結される（例えば特許文献１）。

特許第３７２０７９０号公報（１〜２頁、図１３）

しかし、上記先行例では、積層されたプリプレグ（前駆体）をオートクレーブ成形（加熱加圧成形）する複合材料構造の成形工程において、複合材料構造の中に埋設される光ファイバのシールとバギング全体のシールとを同時に行うため、バギング時に光ファイバに圧力がかかるので、光の損失が発生し、従って、成形プロセス中のモニタ因子（温度、歪み）を正確に計測できないことが大きな問題である。

また、複合材料構造成形のためのセットアップで必要となるバギング構成で、複合材料構造内への光ファイバ導入の際に、光ファイバと合わせて挟持材、保護部材、接着剤及び嵌合管等も構造内に導入されることにより、複合材料構造と嵌合管、保護部材、接着剤等との間に微小な隙間が形成されやすいことや、シール用の接着剤を通じた気泡発生のために、シール真空度の低下が課題となっている。さらに、光ファイバ導入に伴う、複数の導入部材のセッティングなど、バギング操作が複雑であることも課題である。

この発明の目的は、バギング時にも光ファイバに圧力が掛からず、光の損失が発生しないバギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造を提供することである。

この発明に係る光ファイバセンサ導入のためのバギングフィルム用シール器具は、バギングフィルムの開口穴の外周部を両面から挟んで加圧固定され、開口穴を貫通する貫通孔を有する真空保持部材と、この真空保持部材の貫通孔の内壁に気密シールされ、貫通孔を貫通する光ファイバが一体化された光ファイバシール部材とを備えたものである。

この発明に係るバギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造は、互いにねじ係合した内側環体および外側環体を備えており、積層されたプリプレグを光ファイバとともに一体的に加熱加圧成形することによって光ファイバが埋設された複合材料構造を成形する工程において、上記プリプレグを覆ってシールするためのバギングフィルムの開口縁部の全周を内側環体及び外側環体の間に挟んでバギングフィルムの開口縁部を気密にシールし、バギングフィルムの一面から他面に至る貫通孔を有する真空保持部材と、この真空保持部材の貫通孔に気密にシールされて挿入され、貫通孔を通る光ファイバを封止するシール部材とを備え、光ファイバが気密にシールされた状態でシール部材を貫通している。

また、バギングフィルムに開けられた開口穴の外周部の全周囲を上下部材からなる真空保持部材で両面から挟んで加圧固定することにより、バギングフィルムに開けられた開口穴の外周部の全周囲が隙間なく確実にシールされ、さらに、光ファイバシール部材が真空保持部材の貫通孔の内壁に密接状態に嵌めて締め込まれることで、バギングフィルム用シール器具全体が、部品間の隙間なく確実にシールされる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるバギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造を説明するための概略断面図である。このバギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造は、バギングフィルム１を貫通してバギングフィルム１の開口縁部１ａに気密に固定され、横断面形が円形の貫通孔２を持つグロメットである真空保持部材３と、真空保持部材３の貫通孔２内に気密に密着して嵌め込まれた光ファイバシール部材であるシール部材４とを備え、光ファイバ５がシール部材４内を貫通して延びている。

真空保持部材３は、バギングフィルム１の内面に密着するフランジ部６と、バギングフィルム１の開口縁部１ａを通って延びた管状部７とを持つ内側環体８を備えている。真空保持部材３はまた、バギングフィルム１の外面に密着するフランジ部９と、内側環体８の管状部７の外周面にネジ係合して密着した内周面を持つ管状部１０とを持つ外側環体１１をも備えている。バギングフィルム１の開口縁部１ａはフランジ部６および９の間に挟持され、気密にシールされている。

このようなバギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造に於いて、バギングフィルム１の所定箇所に開けられた開口縁部１ａの全周を、上下部材である真空保持部材３のフランジ部６および９で両面から挟んで加圧した状態で内側環体８と外側環体１１とを固定することにより、バギングフィルム１の開口縁部１ａの全周がシールされる。真空保持部材３の内側環体８と外側環体１１とを固定する方法としては、両環体の接触面にネジを形成し、片方の部材（図１では上側の部材）をネジに沿って回転させることにより、バギングフィルム１の開口縁部１ａを加圧して固定する。この例では、図示のように、内側環体８の管状部７に外周に巻き付くようにネジが形成されていて、このネジが外側環体１１の管状部１０の内周に形成されたネジにねじ係合するようにしてある。

次に、このようにしてバギングフィルム１に気密にシールされた真空保持部材３の貫通孔２に、円筒形のシール部材４を密接状態に嵌め込み、真空保持部材３とシール部材４との間に気密のシールを形成する。このように密接状態に嵌め込む具体的方法としては、真空保持部材３の貫通孔２の直径よりも少し大きめの直径のシール部材４を貫通孔２に押し込んで（圧入して）嵌めこむ方法でよい。シール部材４の中央部には光ファイバ５を圧入して貫通させるための極めて細い導入孔４ａが設けられている。

真空保持部材３の貫通孔２の内壁は、上方から下方に向かって直径が小さくなるテーパーのある面にすれば、シール部材４を真空保持部材３に嵌め込む作業が容易になり、シールが確実になる。また、貫通孔２の内周面とシール部材４の外周面とにネジ（雄ネジと雌ネジ）を設け、シール部材４をネジに沿って回転することにより、シール部材４を真空保持部材３の貫通孔２に嵌め込んで気密シールを形成することもできる。

次に、シール部材４にあらかじめ形成されている光ファイバ５導入のための導入孔４ａの中に、バギングフィルム１の外側から内側へ向かって、光ファイバ５を押し込むように挿入し、シール部材４と光ファイバ５を一体化させる。光ファイバ５挿入後のシール部材４と光ファイバ５との間の接触面はシール部材４の有する弾性によって自発的に気密封止（シール）される。シール部材４にあらかじめ形成された導入孔４ａの中に光ファイバ５を挿入する作業では、両者の直径差が僅かで適度な範囲であれば、光ファイバ５を損傷することなく容易に挿入することができる。

この際、万一光ファイバ５と導入孔４ａとの間に微細な隙間が生じた場合には、そこに樹脂等の封止剤を充填してシールする。シール部材４は、その中に光ファイバ５を容易に挿入できるように、柔軟性および弾性とともに耐熱性を有するゴムや樹脂等が素材として選ばれる。また、真空保持部材３のバギングフィルム１の開口縁部１ａを挟み込むフランジ部６、８間には、樹脂等のシール材を薄く充填することにより、気密性をより確実にすることができる。真空保持部材３の素材としては、金属、耐熱性樹脂、耐熱性複合材料など、加工性、耐熱性の優れたものが選ばれる。

以上説明したように、この発明においては、シール部材４は真空保持部材３の貫通孔２内で光ファイバ５を貫通させて一体化して構成したため、成形プロセス中に光ファイバ５を用いて計測する際にも、バギングによる圧力が光ファイバ５に掛からないため、光の損失が生じることがなく、従って成形プロセスの正確な計測が可能になるという、優れた効果が得られる。

また、バギングフィルム１の開口縁部１ａの全周を真空保持部材３のフランジ部６、９で両面から挟んで加圧固定することにより、バギングフィルム１の開口縁部１ａの全周が確実にシールされ、さらに、シール部材４が真空保持部材３の貫通孔２に密接状態に締め込まれることで、バギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造の全体が、部品間の隙間なく確実にシールされる。本発明では接着剤の使用の必要もないので、気泡発生もない。したがって、このようなババギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造全体の確実なシールの実現、及び気泡回避により、真空度の劣化がない、という従来にない顕著な効果が得られる。

また、光ファイバ５を挿入して一体化したシール部材４と真空保持部材３という比較的単純な部品の組み合わせによって、簡単にバギング用シールのセッティングができるという効果がある。

このような本発明のバギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造を用いることにより、複合材料のプリプレグ構造を、オートクレーブ成形（加熱加圧成形）する工程において、その成形プロセス中の複合材料構造における歪み変化などの状況を光ファイバセンサにより正確にモニタすることができるので、製造条件等の制御により、高信頼性の製品を製造できる、という顕著な効果が得られる。

また、本発明のバギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造は、成形プロセスモニタ用として、何回も再使用することが可能であり、成形試験の効率化、製品製造移行への早期化、製品品質の安定化につながる、という副次的でかつ新規な効果もある。

このように、本発明のバギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造に於いては、バギングフィルム１の開口縁部１ａの全周に気密にシールされ、バギングフィルム１の一面から他面に至る貫通孔２を有する真空保持部材３と、この真空保持部材３の貫通孔２に気密にシールされて挿入され、貫通孔２を通る光ファイバ５を封止するシール部材４とが設けられていて、光ファイバ５がシール部材４を気密にシールされた状態で貫通している。また、光ファイバ５が真空保持部材３の貫通孔２に充填されたシール部材４に貫入されて気密シールを形成するものであっても良い。また、シール部材４および貫通孔２が互いにテーパー係合して挿入シールされたものとすることもできる。更に、真空保持部材３が互いにねじ係合した内側環体８および外側環体１１を備えていても良い。

実施の形態２．
本発明のバギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造のシール部材４は、あらかじめ光ファイバ５が貫入されて真空保持部材３の貫通孔２に挿入シールされたものであっても良い。即ち、真空保持部材３がバギングフィルム１の開口縁部１ａに加圧シールされた後、あらかじめシール部材４の中に光ファイバ５を通してこれを一体化シールしておいたシール部材４を、真空保持部材３の貫通孔２へ締め込んでシールすることができる。このようなシール部材４と光ファイバ５とのサブアセンブリを用いる手順によって製作したバギングフィルム用光ファイバ貫通シールは、先に説明したものと同じ構造を持つものである。

この例に於いては、先に実施の形態１に関連して説明したのと同様な効果が得られるのは勿論であるが、次に説明するようなその他の優れた効果もある。即ち、この例では、あらかじめシール部材４の中に光ファイバ５を通してこれを一体化シールしたサブアセンブリ構成にしたので、後述するように、光ファイバ５をシール部材４内でらせん状などの形に配置することが可能となる。またシール部材４の中への光ファイバ５の挿入作業が容易にあるという優れた効果が生じる。さらに、この例では、あらかじめシール部材４の中に光ファイバ５を通す際にシール部材４に導入孔４ａを設けたり、この導入孔４ａに光ファイバ５を通したり、その後導入孔４ａの隙間を樹脂等でシールしたりする様々な作業が容易となる。また、シール部材４と光ファイバ５とのサブアセンブリを、樹脂等と光ファイバ５との一体化成形により作って使用することも可能になる。

実施の形態３．
図２に示すバギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造は、図１のものと同様に、バギングフィルム１の開口縁部１ａの全周に気密にシールされ、バギングフィルム１の一面から他面に至る貫通孔２２を有する真空保持部材２３と、この真空保持部材２３の貫通孔２２に気密にシールされて挿入され、貫通孔２２を通る光ファイバ５を封止するシール部材２４とが設けられていて、光ファイバ５がシール部材２４を気密にシールされた状態で貫通している。

しかしながら、この例では、真空保持部材２３の外側環体２５の下端部外周表面に雄ネジ２６が形成してあり、真空保持部材２３の内側環体２７は外周部の立ち上がり縁部に雌ネジ２８が形成してあり、これら雄ネジ２６と雌ネジ２８との間にバギングフィルム１を挟んだ状態でネジ係合されている。バギングフィルム１はこの雄ネジ２６と雌ネジ２８との間の締め付け部分で真空保持部材２３に気密シールされる。また、バギングフィルム１は真空保持部材２３の外側環体２５と内側環体２７との間ででも締め付けられて気密シールされている。

なお、この際、ネジ部の長さを適度に浅く形成してバギングフィルムを締め付けるので、バギングフィルムが損傷することはない。また、図２において、真空保持部材２３の貫通孔２２内にシール部材２４が密接して嵌め込まれる構成及び方法は、図１に示す例とと同様である。

図２に示すバギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造は、図１に示した例に比べて、真空保持部材２３の形状が相違しているが、基本的には各部材の作用、シール構造の構成方法、手順は、図１の例に関連して説明した内容と同様であり、従って同様な効果を奏するものである。ただし、図２に示す真空保持部材２３では、内外の環体間における縦方向の空隙がないので、気密性が得られやすいと考えられるが、真空保持部材２３に関するハンドリング性は、内外の環体の端部がいずれもバギングフィルム１の外側に位置する図１の構成の方がよいと考えることもできる。

バギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造の真空保持部材３あるいは２３の形状は多種多様に考えられ、本発明においてその形状を限定するものではない。例えば、真空保持部材３の貫通孔２及びここにはめ込まれるシール部材４を、図１のようにバギングフィルム１に対して直角でなく、図示しないが、バギングフィルム１に対して共に斜めに傾いた形状、構造としてもよく、この場合も図１および図２と同様の効果が得られる。真空保持部材３とシール部材４が斜めに傾いた形状では、バギングフィルム１の外から内に通じる光ファイバ５の曲がり部の曲率半径をより大きくとれるので、光伝送の損失が低減されるという効果が生じる。

実施の形態４．
図３に示すバギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造に於いては、シール部材４の中に挿入された光ファイバ５が、らせん状に延びたらせん部分５ａを持っている。このような構造は、例えば光ファイバ５に図示のようならせん部分５ａを形成して、その回りにらせん部分５ａを覆うようにシール部材４をモールド成型することにより得ることができる。その他の構成は図１および図２に示し説明したものと同じで良く、図１および図２に示すシール部材４と置き換えることができる。

シール部材４の中に光ファイバ５がらせん状に配置される場合は、バギングフィルム１の内外をつなぐ光ファイバ５の曲率半径を、大きくとることも、一定に保持することも可能であるので、光伝達の損失を生じることなく、また、小型のシール部材４の使用で光ファイバ５を貫通させることができ、センサの操作をしやすくなるという効果がある。

また、図３においては、簡略化のため、光ファイバ５のらせん状部分５ａを一重に示したが、多重にらせん状に配置することもできるので、光ファイバ５の長さ調節が可能となり、モニタ条件に対応しやすく、操作性に優れるという効果も得られる。

本発明のバギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造を説明するための概略断面図である。 本発明のバギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造の別の例を示す概略断面図である。 本発明の更に別のバギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造に使用できるらせん状の光ファイバが設けられたシール部材を示す概略斜視図である。

符号の説明

１ バギングフィルム、１ａ 開口縁部、２、２２ 貫通孔、３、２３ 真空保持部材、４、２４ シール部材、４ａ 導入孔、５ 光ファイバ、５ａ らせん状部分、６ フランジ部、７ 管状部、８、２７ 内側環体、９ フランジ部、１０ 管状部、１１、２５ 外側環体、２６ 雄ネジ、２８ 雌ネジ。

Claims (5)

1. 互いにねじ係合した内側環体および外側環体を備えており、積層されたプリプレグを光ファイバとともに一体的に加熱加圧成形することによって光ファイバが埋設された複合材料構造を成形する工程において、上記プリプレグを覆ってシールするためのバギングフィルムの開口縁部の全周を上記内側環体及び上記外側環体の間に挟んで上記バギングフィルムの開口縁部を気密にシールし、上記バギングフィルムの一面から他面に至る貫通孔を有する真空保持部材と、
   この真空保持部材の上記貫通孔に気密にシールされて挿入され、上記貫通孔を通る光フ
   ァイバを封止するシール部材とを備え、
   光ファイバが気密にシールされた状態で上記シール部材を貫通していることを特徴とす
   るバギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造。
2. 上記光ファイバが、真空保持部材の貫通孔に充填されたシール部材に貫入されて気密シ
   ールを形成していることを特徴とする請求項１記載のバギングフィルム用光ファイバ貫通
   シール構造。
3. 上記シール部材が、あらかじめ光ファイバが貫入されて真空保持部材の貫通孔に挿入シ
   ールされたものであることを特徴とする請求項１記載のバギングフィルム用光ファイバ貫
   通シール構造。
4. 上記貫通穴の内壁は、上方から下方に向かって直径が小さくなるテーパ面に形成され、上記シール部材が、上記貫通孔との間にテーパー係合するように上記貫通孔に挿入されて、上記シール部材と貫通孔との間がシールされていることを特徴とする請求項１記載のバギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造。
5. 上記光ファイバが、シール部材中でらせん状に延びていることを特徴とする請求項１乃
   至４のいずれか一項に記載のバギングフィルム用光ファイバ貫通シール構造。

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