JP5247255B2 - ハニカムサンドイッチパネルおよびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、ハニカムコア両面に表面材を貼り付けたハニカムサンドイッチパネルおよびその製造方法に関するものである。

ハニカムサンドイッチパネルは、軽量でありながら優れた機械強度を備えていることから、航空機用途、自動車用途、一般産業用途などに幅広く使用されているが、低コスト化および軽量化の観点から、ハニカムコアとしては、セルサイズが大きく、桁高さの大きい（厚みが大きい）コア材が用いられる傾向にある。

セルサイズが大きいハニカムサンドイッチパネルの場合、スキンパネルとハニカムコアとの接着面積が減少するため、接着性が低下する傾向があり、また、これを補うため成形時の圧力を高くするとハニカムコアが変形したり潰れたりする、コアクラッシュと呼ばれる現象を起こすことがあった。すなわち、セルサイズの大きいハニカムコアを使用する場合、コアクラッシュすることなく、パネルスキンとハニカムコアとの接着性に優れたハニカムサンドイッチパネルを得ることは困難であった。

ここで、コアクラッシュの原因と発生メカニズムについて以下に概説する。ハニカムサンドイッチパネルの成形は、ハニカムコアの上下に表面材であるプリプレグを積層し、ナイロンフィルムを用いてバギングしたバッグ内を真空にした後、オートクレーブで加圧、加熱成形を行う方法が一般的である。ここで、コアクラッシュの原因として考えられる１点目は、ハニカムコアとプリプレグとの間に働く摩擦力であり、この摩擦力が小さいとハニカムコアの滑りが引き起こされ、これによりハニカムコアの変形が発生する。２点目の原因としては、ハニカムコア内に少量含まれる水分等の揮発物に起因する内圧上昇が挙げられ、バッグ内真空条件の設定によってはコアクラッシュを引き起こしやすくなる。特に、ハニカムサンドイッチパネルのサイズが大きくなると、パネル中央部付近に部分的膨れ（ハニカムコアとプリプレグとの剥離）が発生する場合がある。

コアクラッシュを回避する技術として、これまで種々の方法が提案されている。例えば、プリプレグの端部を耐熱性粘着テープで固定する方法、またハニカムコアを覆う上下のプリプレグ同士が重なり合う端部を突起物で突き刺し、押え板で押え込む方法（特許文献１参照）や、Ｌ型抵抗板で押え込みプリプレグの滑りを抑制する方法（特許文献２参照）が提案されている。さらに樹脂をハニカムコア外周部の複数箇所のセル内に充填硬化し、この樹脂にピンを貫通させて治具に固定した後、加熱、加圧成形する方法も提案されている（特許文献３参照）。また、下表面板用プリプレグ上に、樹脂フィルムを介してハニカムコア体を積層した後、逐次昇温、逐次昇圧にて成形する方法（特許文献４参照）や、ハニカムコア開口部の少なくとも一面の外周囲に補強材を貼り付け、次いでハニカムコアの両面にプリプレグを積層した後、成形する方法（特許文献５参照）が提案されている。

特公昭５９−４２６２１号公報 特開平５−１３１５７６号公報 特開平１―１７６５４８号公報 特開平６−１９０９５６号公報 特開平６−９０１号公報

しかしながら、特許文献１〜３に記載の方法は作業性に劣る上、パネルのサイズにより個別の治具を作製しなければならないという問題がある。また、特許文献４および５の方法は、作業性が低下する上、軽量化、低コスト化の面においても必ずしも満足できない。

この発明の目的は、容易に製作ができて成形中のコアクラッシュを回避できるハニカムサンドイッチパネルおよびその製造方法を提供することである。

この発明によれば、コア本体と、上記コア本体の少なくとも一側縁に近接して配置された面内収縮コアとを備えたハニカムコアと、上記ハニカムコアの両主面に全面に亘って結合された表皮とを備えたハニカムサンドイッチパネルが得られる。

また、第１および第２の表皮でハニカムコアを鋏んだハニカムサンドイッチパネル組立体を用意し、このハニカムサンドイッチパネル組立体を真空バッグ内に入れて、オートクレーブにより高温下で加圧して所定時間保持するハニカムサンドイッチパネルの製造方法において、上記ハニカムサンドイッチパネル組立体を用意する工程が、コア材でできたコア本体の少なくとも一側縁に面内収縮コアを近接して配置する工程を含む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が得られる。

この発明のハニカムサンドイッチパネルおよびその製造方法によれば、容易に製作ができて、制作中のコアクラッシュが起こりにくいという効果が得られる。

実施の形態１．
図１はこの発明のハニカムサンドイッチパネルの一実施の形態を一部破断して内部構造を示す部分破断斜視図である。ハニカムサンドイッチパネルは、２つの主面１、２、および主面１、２を囲む側面３を持つ平板状のハニカムコア４と、ハニカムコア４の両主面１、２に全面に亘って結合された第１の表皮５および第２の表皮６とを備えている。ハニカムコア４は、コア本体７と、コア本体７の少なくとも１つの側縁に近接して配置された面内収縮コア８とを備えている。

図１に示す例では、ハニカムコア４のコア本体７は、アルミニウム、アラミド繊維等の材料で作られて多数のセルを持つ全体として矩形の平板状のコア材で、面内収縮コア８は、ハニカムコア４の側面３に対応した側面である、コア本体７の図１で手前の１つの側面だけに近接して配置され、コア本体７と面内収縮コア８とは樹脂接着剤等の接着剤９により結合されている。面内収縮コア８は、コア本体７の一側縁に配置されるだけでなく、コア本体７が多角形の場合には、全側縁を含む２つ以上の側縁に対して配置することができ、またコア本体７が円形の場合にも全側縁即ち全周に亘って配置することができる。

図２にはこの発明のハニカムサンドイッチパネルの製造方法を概略的に示してある。製造に当たっては、先ず製品に応じた成形型１１を用意し、その上に複合材プリプレグ等の第１の表皮５を乗せ、第１の表皮５の上にハニカムコア４を乗せる。ハニカムコア４の上に更に第２の表皮６を乗せる。ハニカムコア４を第１の表皮５に乗せるために、先ず、コア本体７の側縁から第１の表皮５がはみ出すように第１の表皮５よりも小さくしたコア本体７を第１の表皮５に乗せ、面内収縮コア８をコア本体７の側縁に沿って第１の表皮５がコア本体７からはみ出した部分の上に乗せ、熱硬化性のエポキシ樹脂等の接着剤９をコア本体７と面内収縮コア８との間に充填する。このとき接着剤９はまだ硬化していない。

ハニカムコア４を第１の表皮５に乗せるための別の手順とし、面内収縮コア８をコア本体７よりも先に第１の表皮５の上に載置してその後コア本体７を配置することもできる。また、コア本体７と面内収縮コア８とを接着剤９で結合してハニカムコア４としてあらかじめ組み立てられたものを第１の表皮５の上に載置することもできる。

面内収縮コア８は、コア本体７と同様のコア材にセルの軸に直角な横方向の力を、手であるいは適当な治具を用いて加えてセルを塑性変形させることにより作る。このような面内収縮コア８は、例えばハニカムコア４を所望の形状に裁断した後に残る残余材を使用することで、低コストにできる。収縮の割合は、収縮率（収縮方向に測った寸法で、収縮後の寸法の収縮前の寸法に対する割合）が９０％〜１０％の範囲内が良いが、製品の用途に応じて様々な収縮率を選択できる。９０％以上であると収縮の効果が不十分であり、１０％を越えると収縮させる努力に対する強度の増加の割合が少なく、効率が悪い。作業性と強度の増加とを考えると、望ましい範囲は７０％〜３０％である。

このようにして、図２の中央部に示すように、成形型１１上に載置されたハニカムサンドイッチパネル組立体１０が得られる。このハニカムサンドイッチパネル組立体１０は、次に図２の右側に示すように真空バッグ１２内に入れて、オートクレーブ１３に入れる。オートクレーブ１３内では、真空ポンプＰにより脱気しながら減圧下でヒーターＨにより加熱する。このとき、熱硬化性樹脂の接着剤９が硬化してコア本体７と面内収縮コア８とが結合される。続いて減圧を解除して真空バッグ内を大気圧にし、更に加熱温度および圧力を更に上昇させて高温高圧で所定時間保持してハニカムサンドイッチパネルが完成する。

ハニカムサンドイッチパネルをこのように製造する際には、第１および第２の表皮５、６、ハニカムコア４のコア本体７および面内収縮コア８には例えば２．５ｋｇ／ｃｍ＾２の圧力がかかるが、面内収縮コアは高密度化されているために強度が大きく、圧力による変形が抑制される。コア本体７は面内収縮コア８に近接しているため、面内収縮コア８に追従して変形が抑制される。ハニカムコアの変形が抑制されることにより、コアクラッシュが防止される。また、熱硬化性樹脂の接着剤９は加熱されると硬化し、コア本体７と面内収縮コア８の結合を強化するため、コア本体７と面内収縮コア８の間のすべりがなくなり、ハニカムコア４の変形を抑制できる。

実施の形態２．
図３は、この発明のハニカムサンドイッチパネルの別の実施の形態を示す一部破断して内部構造を示す部分破断斜視図であり、図４はインターロック構造の詳細を示す概略図であり、図５はインターロック構造のために一部を切り取ったコア本体７のセルを示す斜視図である。このハニカムサンドイッチパネルの基本的構造は、図１に示すものと同様のものであって、相違している点は、コア本体７と面内収縮コア８との間がセルのインターロック構造１４によって結合されていることだけである。

インターロック構造１４は、図５に示すように、コア本体７および面内収縮コア８の側縁部のセルの一部をセルの軸方向全長に亘って切り欠いてスリット状の開口部１５と、角状の突起部１６とを形成し、これらの開口部１５内に相手の突起部１６がセルの軸方向に挿入されていて、結合すべきコア本体７と面内収縮コア８の開口部１５および突起部１６が互いに絡み合って、セルの径方向には外れないようにされている構造である。換言すれば、コア本体７と面内収縮コア８との間は、開口部を１５を持つセルを絡み合わせたインターロック構造１４により結合されている。

このようなインターロック構造１４により結合された面内収縮コア８を持つハニカムサンドイッチパネルは、コア本体７の少なくとも一面の外周囲に、面内収縮コア８をインターロックになるように配置し、インターロック構造１４はコア本体７と面内収縮コア８との間にアンカーのように引っかかるので、結合を強化することになり、コア本体７と面内収縮コア８の間のすべりがなくなるため、コア本体７の変形を面内収縮コア８に追従させることを補助する。コア本体７と、面内収縮コア８を結合するのに追加材料を使用しないために軽量化に有効である。

実施の形態３．
図６は、この発明の更に別の実施の形態のハニカムサンドイッチパネルを示す。このハニカムサンドイッチパネルにおいては、コア本体７と面内収縮コア８との間に接着剤もインターロック機構も用いられておらずに接合されてない。面内収縮コア８が単に第１および第２の表皮５および６の間でコア本体７の側縁に近接して配置されているだけであり、コア本体７と面内収縮コア８とが、第１および第２の表皮５および６を介してのみ互いに結合されている。その他の構成は先に説明した実施の形態と同様である。このハニカムサンドイッチパネルにおいては、コア本体７と面内収縮コア８とが互いに直接は結合されずに、それぞれ表皮５、６に結合されていて、従って互いに表皮５、６によってのみ結合されているが、このような結合はハニカムサンドイッチパネル組立体１０の加熱工程時に行われる。

このようなハニカムサンドイッチパネルにおいても、面内収縮コア８によってコア本体７の変形が抑制されることにより、コアクラッシュが防止される。このハニカムコア４も、コア本体７に面内収縮コア８を結合するのに追加材料を使用しないために軽量化に有効であり、また製作も容易である。

実施の形態４．
図７は、この発明のハニカムサンドイッチパネルの更に別の実施の形態を示す。このハニカムサンドイッチパネルにおいては、コア本体７の側縁部分だけが局所的に面内収縮されて面内収縮コア８となっている。このような面内収縮コア８は、大き目のコア材をセルの軸に対して直角方向に押圧して側縁部分のセルを押しつぶすことによって作ることができる。従って、この面内収縮コア８とコア本体７とを備えたハニカムコア４は、同じコア材で一体に連続した一部品として作成されている。即ち、コア本体７の少なくとも一側縁に近接して配置された面内収縮コア８は、コア本体７のコア材の側縁部分にセルの軸に直角な方向の力を加えてセルを塑性変形させることにより作成されるのである。

このハニカムコア４も、コア本体７に面内収縮コア８を結合するのに追加材料を使用しないために軽量化に有効であり、また製作も容易である。その他の構成は先に説明した実施の形態と同様である。

この発明のハニカムサンドイッチパネルの実施の形態１を示す概略斜視図である。 図１のハニカムサンドイッチパネルの製造方法を示す概略図である。 この発明のハニカムサンドイッチパネルの実施の形態２を示す概略斜視図である。 図３のインターロック構造を示す概略説明図である。 図３のインターロック構造に用いるセル部分の概略斜視図である。 この発明のハニカムサンドイッチパネルの実施の形態３を示す概略斜視図である。 この発明のハニカムサンドイッチパネルの実施の形態４を示す概略斜視図である。

符号の説明

１、２ 主面、４ ハニカムコア、５、６ 表皮、７ コア本体、８ 面内収縮コア、９ 接着材、１０ ハニカムサンドイッチパネル組立体、１２ 真空バッグ、１３ オートクレーブ、１４ インターロック構造、１５ 開口部。

Claims (15)

1. コア本体と、上記コア本体の少なくとも一側縁に近接して配置された面内収縮コアとを備えたハニカムコアと、
   上記ハニカムコアの両主面に全面に亘って結合された表皮とを備えたハニカムサンドイッチパネル。
2. 上記面内収縮コアが、上記コア本体の全側縁に配置されてい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。
3. 上記コア本体と上記面内収縮コアとが接着材により結合されていることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のハニカムサンドイッチパネル。
4. 上記コア本体と上記面内収縮コアとがインターロック構造により結合されていることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のハニカムサンドイッチパネル。
5. 上記コア本体と上記面内収縮コアとが、上記表皮を介してのみ結合されていることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のハニカムサンドイッチパネル。
6. 上記面内収縮コアが上記コア本体と一体の連続した材料で構成されていることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のハニカムサンドイッチパネル。
7. 第１および第２の表皮でハニカムコアを挟んだハニカムサンドイッチパネル組立体を用意し、
   このハニカムサンドイッチパネル組立体を真空バッグ内に入れて、オートクレーブにより高温下で加圧して所定時間保持するハニカムサンドイッチパネルの製造方法において、
   上記ハニカムサンドイッチパネル組立体を用意する工程が、コア材でできたコア本体の少なくとも一側縁に面内収縮コアを近接して配置する工程を含む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。
8. 上記面内収縮コアを作るために、コア材にセルの軸に直角な横方向の力を加えてセルを塑性変形させることを特徴とする請求項７に記載のハニカムサンドイッチパネルの製造方法。
9. 上記面内収縮コアの収縮後の収縮方向寸法の収縮前の収縮方向寸法に対する割合である収縮率が１０〜９０％であることを特徴とする請求項７あるいは８に記載のハニカムサンドイッチパネルの製造方法。
10. 上記面内収縮コアを上記コア本体の全側縁に対して近接配置することを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載のハニカムサンドイッチパネルの製造方法。
11. 上記コア本体と上記面内収縮コアとの間を接着材により結合することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載のハニカムサンドイッチパネルの製造方法。
12. 上記接着材を上記ハニカムサンドイッチパネル組立体の加熱工程時に硬化させることを特徴とする請求項１１に記載のハニカムサンドイッチパネルの製造方法。
13. 上記コア本体と上記面内収縮コアとの間を開口部を持つセルを絡み合わせたインターロック構造により結合することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載のハニカムサンドイッチパネルの製造方法。
14. 上記コア本体と上記面内収縮コアとが、上記ハニカムサンドイッチパネル組立体の加熱工程時に、上記表皮にのみ結合されることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載のハニカムサンドイッチパネルの製造方法。
15. 上記コア本体の少なくとも一側縁に上記面内収縮コアを近接して配置する工程が、上記コア本体のコア材の側縁部分にセルの軸に直角な方向の力を加えてセルを塑性変形させる工程を含むことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項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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