JP5436468B2 - Manufacturing method of sandwich panel having insert structure - Google Patents
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Description
本発明は、一般産業用のエレベータや大型映像器機の筐体パネル、駅ホーム柵、車両などの輸送・運搬用機器の構造部材、あるいは航空機や人工衛星の構造体などに用いられる、インサート構造を有するサンドイッチパネルの製造方法に関する。 The present invention provides an insert structure used for a structural member of a general industrial elevator, a housing panel of a large video machine, a station platform fence, a transportation / transportation device such as a vehicle, or a structure of an aircraft or an artificial satellite. the method of manufacturing a sandwich panel having.
従来のCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic:炭素繊維強化プラスチック)サンドイッチパネル(ハニカムコア、フォームコアを使用)は、軽量化を図る目的から、CFRP表皮を非常に薄く構成し、さらにコア材を密度が低く弱い材料で構成している。そのため、CFRPサンドイッチパネル同士を締結する場合、あるいは機器を表面に実装する場合には、強度の強い金属製のインターフェース部品の取り付けが不可欠であった。 Conventional CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) sandwich panels (using honeycomb cores and foam cores) have a very thin CFRP skin and a low density core material to reduce weight. It is made of a weak material. Therefore, when the CFRP sandwich panels are fastened together or when the device is mounted on the surface, it is indispensable to attach a strong metal interface part.
しかしながら、金属製のインターフェース部品は重く、さらには、炭素繊維との反応や熱膨脹率のミスマッチによる熱応力の発生、および接着構造にたるための強度的信頼性等に課題があり、その改善が望まれていた。 However, metal interface parts are heavy, and there are problems in the generation of thermal stress due to the reaction with the carbon fiber and mismatch of the thermal expansion coefficient, and the strength reliability for achieving an adhesive structure. It was rare.
インサートとハニカムパネル表皮との平面度を確保する目的で用いられるハニカムパネルへのインサートの埋め込み方法には、次のようなものがあり、具体的には、以下のステップにより行っている。
(ステップ1)ハニカムパネルにインサート装着孔を穿孔する。
(ステップ2)その後、穿孔によって切除されたコア部分を除去したうえで、粘着テープを用いてインサート装着孔に装着されているインサートをハニカム表皮に対して面一として固定する。
(ステップ3)エポキシ樹脂などの充填剤をインサート装着孔内に注入して平面度を調整した後、硬化させることでインサートを固定する。
There are the following methods for embedding the insert in the honeycomb panel used for the purpose of ensuring the flatness between the insert and the honeycomb panel skin. Specifically, the following steps are used.
(Step 1) An insert mounting hole is drilled in the honeycomb panel.
(Step 2) Then, after removing the core portion cut by drilling, the insert mounted in the insert mounting hole is fixed flush with the honeycomb skin using an adhesive tape.
(Step 3) After filling the insert mounting hole with a filler such as an epoxy resin to adjust the flatness, the insert is fixed by curing.
また、インサート装着孔内に充填剤を注入した場合には、重量的に重くなるのを防止することが必要となる。このために、インサートをハニカムコアの表面にてフランジ接合させるようにした構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Further, when a filler is injected into the insert mounting hole, it is necessary to prevent the weight from becoming heavy. For this reason, a configuration in which the insert is flange-bonded on the surface of the honeycomb core has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
上述した従来のインサートを設けるための構成では、次のような問題があった。第1に、従来のインサートは、充填剤によりハニカムコアと表皮との間を広範囲に固定する必要があるため、ハニカムパネルの重量を増大させてしまうという問題があった。例えば、約2m×1m×1int程度の衛星用ハニカムパネル(約23kg)では、約200個程度の機器取付け用インサート(充填剤重量;約2kg)が必要とされ、重量の増大の原因となる。
However, the prior art has the following problems.
The configuration for providing the conventional insert described above has the following problems. First, the conventional insert has a problem that the weight of the honeycomb panel is increased because it is necessary to fix a wide range between the honeycomb core and the skin with a filler. For example, in a satellite honeycomb panel (about 23 kg) of about 2 m × 1 m × 1 int, about 200 inserts for mounting equipment (filler weight; about 2 kg) are required, which causes an increase in weight.
また、従来のインサートは、インサート部材が金属製であるとともに、抜け防止のためのリーフ形状を形成する必要があり、重量増加の原因となっていた。 Further, in the conventional insert, the insert member is made of metal, and it is necessary to form a leaf shape for preventing removal, which causes an increase in weight.
また、サンドイッチパネルのインサートを一般産業用の構造部材に適応する場合には、衛星用ハニカムパネルより強度負荷が厳しく、長期的な信頼性が必要とされる。しかしながら、金属材料のインサート部品は、CFRPパネルとの熱膨張係数が大きく異なり、固定している接着界面に熱応力が発生し易いとともに、炭素繊維と金属間の反応による強度劣化を起こすため、強度的な信頼性に問題があった。 Further, when the sandwich panel insert is applied to a structural member for general industrial use, the load of strength is stricter than that of a satellite honeycomb panel, and long-term reliability is required. However, insert parts made of metal materials have a significantly different coefficient of thermal expansion from the CFRP panel, and thermal stress is likely to occur at the bonding interface that is fixed. There was a problem with general reliability.
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、重量増加の原因となる金属インサート部品の使用を極減させるとともに、強度的な信頼性の高いインサート構造を有するサンドイッチパネルの製造方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and it is possible to minimize the use of metal insert parts that cause an increase in weight and to have a sandwich panel having an insert structure with high strength and reliability. The object is to obtain a manufacturing method of
また、本発明に係るインサート構造を有するサンドイッチパネルの製造方法は、コア材の厚さ方向の両面に配置された第1の繊維クロスおよび第2の繊維クロスで構成された表皮と、両面に配置された表皮間を貫通する孔を有し、繊維ブレードで構成されたインサート部とを備え、表皮とインサート部との接合部の繊維が連続し一体構造化されているインサート構造を有するサンドイッチパネルの製造方法であって、第1の繊維クロスを切断せずに、偏在させて有孔させる工程と、繊維ブレードの一端部を開繊して広げ、第1の繊維クロスに重ねる工程とを繰り返し、必要な厚さまで第1の繊維クロスを積層させることで、繊維ブレードの一端部と、積層された第1の繊維クロスとを一体構造化させる第1ステップと、繊維ブレードを貫通させるための孔加工を施したコア材を、第1ステップで第1の繊維クロスと一体構造化された繊維ブレードにセットする第2ステップと、繊維ブレードの他端部を開繊してコア材に対して広げる工程と、第2の繊維クロスを切断せずに、偏在させて有孔させ、コア材に重ねる工程とを繰り返し、必要な厚さまで第2の繊維クロスを積層させることで、繊維ブレードの他端部と、積層された第2の繊維クロスとを一体構造化させる第3ステップとを備えるものである。 Moreover, the manufacturing method of the sandwich panel which has the insert structure which concerns on this invention is arrange | positioned in the skin comprised by the 1st fiber cloth arrange | positioned on both surfaces of the thickness direction of a core material, and the 2nd fiber cloth, and both surfaces A sandwich panel having an insert structure in which a fiber having a hole penetrating between the outer skins and an insert portion composed of a fiber blade is formed, and fibers at a joint portion between the skin and the insert portion are continuous and integrated. It is a manufacturing method, and without repeating the first fiber cloth, the step of making it unevenly distributed and perforating, the process of opening and spreading one end of the fiber blade, and overlapping the first fiber cloth, are repeated, A first step of laminating the first fiber cloth to a required thickness so that the one end of the fiber blade and the laminated first fiber cloth are integrally structured, and the fiber blade penetrates. A second step of setting the core material subjected to hole processing to the fiber blade integrated with the first fiber cloth in the first step, and opening the other end of the fiber blade to open the core material By repeating the step of spreading the fibers and the step of making the second fiber cloth unevenly distributed, perforating and stacking on the core material, the second fiber cloth is laminated to the required thickness, thereby producing fibers. And a third step of integrally forming the other end of the blade and the laminated second fiber cloth.
本発明に係るインサート構造を有するサンドイッチパネルの製造方法によれば、サンドイッチパネルの表皮とインサート部の接合部の繊維が連続し一体構造化されていることにより、重量増加の原因となる金属インサート部品の使用を極減させるとともに、強度的な信頼性の高いインサート構造を有するサンドイッチパネルの製造方法を得ることができる。 According to the method of manufacturing a sandwich panel having an insert structure according to the present invention, by fibers of the junction of the epidermis and the insert portion of the sandwich panel are continuously integrally structured, metal inserts cause weight gain It causes the use of the component pole Gensa, it is possible to obtain a method of manufacturing a sandwich panel having a high insert structural strength reliability.
以下、本発明のインサート構造を有するサンドイッチパネルおよびその製造方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
本発明は、サンドイッチパネルのインターフェース部を、金属部品の代わりに表皮と同様の繊維材料で構成することを特徴としている。これにより、熱膨脹率の差の影響が解消される。さらに、インターフェース部と表皮部を一体で構成することを特徴としている。これにより、サンドイッチパネルの厚さ方向の強度補強が可能となり、強度的な信頼性が向上する。さらに、サンドイッチパネルのインサート周りの表皮の補強および充填剤によるコアの補強が不要になり、また、金属インサートが不要となるため、軽量化が可能となる。
Hereinafter, preferred embodiments of a sandwich panel having an insert structure of the present invention and a method for manufacturing the same will be described with reference to the drawings.
The present invention is characterized in that the interface part of the sandwich panel is made of a fiber material similar to that of the skin instead of the metal part. Thereby, the influence of the difference of a thermal expansion coefficient is eliminated. Further, the interface part and the skin part are integrally formed. Thereby, the strength reinforcement in the thickness direction of the sandwich panel is possible, and the strength reliability is improved. Further, the reinforcement of the skin around the insert of the sandwich panel and the reinforcement of the core with the filler become unnecessary, and the metal insert becomes unnecessary, so that the weight can be reduced.
なお、以下の実施の形態においては、表皮およびブレードに適用される繊維材料としてCFRP(炭素繊維強化プラスチック)を用いる場合を中心に説明するが、繊維材料としては、例えば、その他の繊維強化プラスチック、ガラス繊維、炭素繊維、ケブラー繊維やセラミックス繊維等の織物、または一方向シートを用いることも可能であり、同様の効果を得ることができる。 In the following embodiments, the description will focus on the case where CFRP (carbon fiber reinforced plastic) is used as the fiber material applied to the skin and the blade. Examples of the fiber material include other fiber reinforced plastics, Glass fibers, carbon fibers, woven fabrics such as Kevlar fibers and ceramic fibers, or unidirectional sheets can be used, and similar effects can be obtained.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1におけるCFRPサンドイッチパネルの構造を示す断面図である。具体的には、繊維材料の一例として繊維強化プラスチックで形成されたインサート構造を有するサンドイッチパネル(インターフェース埋め込みサンドイッチパネル)を示している。図1に示すインサート構造を有するサンドイッチパネル10は、フォームコア11、表皮12、およびインサート部13を備えている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a CFRP sandwich panel according to Embodiment 1 of the present invention. Specifically, a sandwich panel (an interface embedded sandwich panel) having an insert structure formed of fiber reinforced plastic is shown as an example of a fiber material. A
図1に示すように、表皮12は、フォームコア11の厚さ方向の両面に位置しており、繊維強化プラスチックで構成されている。また、インサート部13は、表皮12と両端部が接合一体化された繊維強化プラスチックで構成されている。
As shown in FIG. 1, the
図2は、本発明の実施の形態1におけるインサート部13に用いるブレードの模式図である。図2に示すように、インサート部13に使用するブレード14は、表皮12と同様に、繊維強化プラスチックで構成されており、表皮12と接合するブレード両端部14aの強化繊維が開繊されている。
FIG. 2 is a schematic diagram of a blade used for the
図3は、本発明の実施の形態1における図1に示したインサート部の断面を説明するための模式図である。図3に示すように、ブレード14で構成されるインサート部13の両端は、表皮12の繊維とブレード両端部14aの開繊された繊維が交互に重なり合って構成されている。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a cross section of the insert portion shown in FIG. 1 according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 3, both ends of the
また、インサート部13の側壁部は、繊維強化プラスチックで構成されており、その内側は、充填物がなく中空となっている。また、インサート部13の外側は、コア材11と成形時に接合され一体になっている。
Moreover, the side wall part of the
図4は、本発明の実施の形態1における表皮12のインサート周囲の強化繊維の分布を示すための模式図である。図4に示すように、表皮12を構成する強化繊維クロス12aは、インサート部13の孔部周辺において、強化繊維が孔部を迂回するように偏在し、孔部周囲に密集し、繊維密度が高くなっている。
FIG. 4 is a schematic diagram for illustrating the distribution of reinforcing fibers around the insert of the
また、図5は、本発明の実施の形態1におけるインサート両端部の繊維の表皮インサート部周辺部の分布を示すための模式図である。この図5および先の図3に示すように、インサート部13と表皮12との接合部15は、強化繊維が互いにオーバーラップされており、強度的に補強された一体構造になっている。
FIG. 5 is a schematic diagram for showing the distribution of the peripheral portion of the skin insert portion of the fiber at both ends of the insert according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 5 and FIG. 3 above, the
上述したように、本実施の形態1におけるサンドイッチパネル10のインサート部13は、表皮12と同様に、繊維強化プラスチックで構成されている。このため、サンドイッチパネルの厚さ方向の強度が強化されている。
As described above, the
また、表皮12とインサート部13は、強化繊維が途切れることなくラップされて一体化するように構成されており、また、表皮12のインサート周辺部は、強化繊維が切断されることなく、インサート部周囲に偏在して繊維の充填密度が高くなっている。このため、接合部15は、その他の部分より強度が高くなる。この結果、軽量で十分な強度を有するインサート部を備えたサンドイッチパネル10を得ることが可能になる。
Further, the
次に、上述したインサート構造を有するサンドイッチパネル10の製造方法について、図6〜図9を用いて説明する。図6は、本発明の実施の形態1におけるインサート構造を有するサンドイッチパネル10の成形に使用する治具の模式図である。図6において、インサート部13の形状に合わせたピン22を立てた定盤21を準備する。この場合、インサート部13にネジ形状が必要な場合は、単純形状のピン22の代わりにボルトを用いる。
Next, a method for manufacturing the
次に、図7は、本発明の実施の形態1におけるインサート構造を有するサンドイッチパネルの第1の成形手順を示す図である。表皮12用の強化繊維クロス12aを、準備した定盤21の上に敷く。この時、ピン22の部分は、クロスの繊維を切断することなく、網目をずらして広げてから積層させる。この場合、強化繊維クロス12aは、ガラス繊維、炭素繊維、ケブラー繊維やセラミックス繊維等の織物、または一方向シートを用いてもよい。
Next, FIG. 7 is a diagram showing a first forming procedure of the sandwich panel having the insert structure in the first embodiment of the present invention. The reinforcing
次に、図8は、本発明の実施の形態1におけるインサート構造を有するサンドイッチパネルの第2の成形手順を示す図である。ピン22の部分に強化繊維で編まれたブレード14(スリーブ)を片側開繊させて、開繊した方から被せる。被せた後に、根本部を押さえ、開繊していない手前側の端部を引っ張り、ブレード14をすぼめて、ピン22に密着させる。この操作を複数回繰り返し、必要な厚さまで強化繊維クロス12aを積層する。
Next, FIG. 8 is a figure which shows the 2nd shaping | molding procedure of the sandwich panel which has an insert structure in Embodiment 1 of this invention. A blade 14 (sleeve) knitted with reinforcing fibers is opened on one side of the
この場合、ブレード14の強化繊維は、表皮12用の強化繊維クロス12aと同様に、ガラス繊維、炭素繊維、ケブラー繊維やセラミックス繊維等のいずれの繊維を用いてもよい。
In this case, the reinforcing fiber of the
次に、コア材11をセットする。コア材11は、あらかじめピン22の位置の部分に穴加工を実施してからセットする。
Next, the
次に、図9は、本発明の実施の形態1におけるインサート構造を有するサンドイッチパネルの第3の成形手順を示す図である。この図9に示す手順に従って、上側の表皮材の積層を実施する。 Next, FIG. 9 is a figure which shows the 3rd formation procedure of the sandwich panel which has an insert structure in Embodiment 1 of this invention. According to the procedure shown in FIG. 9, the upper skin material is laminated.
最初に、ピン22に被せたブレード14の最外層の端部を開繊させて、コア材11に押し付ける。次に、表皮12用の強化繊維クロス12aを、ピン22の部分のクロスの繊維を切断することなく、網目をずらして広げて、コア材11の上に積層する。この操作を繰り返し、必要な厚さまで強化繊維クロス12aを積層する。
First, the end portion of the outermost layer of the
必要な厚さまでの積層が終了した後、VaRTM(Vacuum assist Resin Transfer Molding)成形に必要な副資材を順番にセットした後、全体をバギングフィルム23で覆う。
After the lamination to the required thickness is completed, auxiliary materials necessary for VaRTM (Vacuum Assist Resin Transfer Molding) molding are sequentially set, and then the whole is covered with a
その後、バギングフィルム23で覆った積層体の片側から真空ポンプ25等を用いて吸引し減圧させて、反対方向から常温硬化樹脂、あるいは熱硬化性樹脂を吸入させて、積層した強化繊維部に樹脂24を含浸させる。樹脂24として熱硬化性樹脂を使用する場合には、オーブン等に入れ、樹脂注入後に過熱して樹脂24を硬化させる。
Thereafter, suction is performed using a
樹脂24の硬化後、バギングフィルム23を剥がし、ピン22を抜いて脱型することで、本実施の形態1のインサート構造を有するサンドイッチパネル10が得られる。
After the
以上のように、実施の形態1によれば、インサート部が繊維材料で構成されている。このため、金属製のインサート部材の取付けが不要となり、充填剤を使用する必要もなくなる。 As mentioned above, according to Embodiment 1, the insert part is comprised with the fiber material. For this reason, it becomes unnecessary to attach a metal insert member, and it is not necessary to use a filler.
さらに、インサート部は、繊維材料で構成されているため、金属に比べ軽量であり、表皮と同一材料で構成することができる。このため、温度変化による熱歪み、熱応力の発生の影響がなく、インサート部の信頼性を向上させることができる。 Furthermore, since the insert portion is made of a fiber material, it is lighter than metal and can be made of the same material as the skin. For this reason, there is no influence of the occurrence of thermal distortion and thermal stress due to temperature change, and the reliability of the insert portion can be improved.
また、インサート部が、繊維クロスと繊維ブレードの端部をオーバーラップさせて一体化して成形されている。このため、特性の異なる部品の組み合わせを回避でき、さらに接着構造をなくすことができるとともに、補強も不要となる。 Moreover, the insert part is integrally formed by overlapping the fiber cloth and the end part of the fiber blade. For this reason, the combination of parts having different characteristics can be avoided, the adhesive structure can be eliminated, and reinforcement is not necessary.
また、サンドイッチパネル表皮のインサート孔部周囲の繊維を切断せずに、その周囲に偏在させて強化繊維の体積含有率を高めている。このため、強度を向上させることができ、表皮部分の特別な補強も不要となる。 Further, the fiber around the insert hole portion of the sandwich panel skin is not cut, but is unevenly distributed around the fiber to increase the volume content of the reinforcing fiber. For this reason, intensity | strength can be improved and the special reinforcement of an outer skin part is also unnecessary.
また、サンドイッチパネル表皮の繊維クロスを切断せずに偏在させて有孔させる工程と、繊維ブレードの両端部を開繊して広げる工程を繰り返してインサート部を賦形する工程により、サンドイッチパネルを成形している。この結果、不連続な構造あるいは接着構造のない、一体のインサート部を有するサンドイッチパネルが得られ、インサート両端部の補強も不要となる。 In addition, sandwich panel is formed by repeating the process of making the fiber cloth of the sandwich panel skin unevenly distributed without cutting and the process of opening and spreading the both ends of the fiber blade and shaping the insert part. doing. As a result, a sandwich panel having an integral insert portion without a discontinuous structure or an adhesive structure is obtained, and reinforcement at both ends of the insert is unnecessary.
また、成形プロセスに、VaRTM法を用いている。このため、使用する原料にプリプレグシートの代わりに、樹脂を含浸していないクロス材が使用可能となり、成形プロセスコストを低減することができる。 The VaRTM method is used for the molding process. For this reason, instead of the prepreg sheet, a cloth material not impregnated with resin can be used as the raw material to be used, and the molding process cost can be reduced.
10 インサート構造を有するサンドイッチパネル、11 フォームコア(コア材)、12 表皮、12a 強化繊維クロス、13 インサート部、14a ブレード両端部、14 ブレード、15 接合部、21 成形用定盤、22 ピン、23 バギングフィルム、24 樹脂、25 真空ポンプ。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記第1の繊維クロスを切断せずに、偏在させて有孔させる工程と、前記繊維ブレードの一端部を開繊して広げ、前記第1の繊維クロスに重ねる工程とを繰り返し、必要な厚さまで前記第1の繊維クロスを積層させることで、前記繊維ブレードの一端部と、積層された前記第1の繊維クロスとを一体構造化させる第1ステップと、
前記繊維ブレードを貫通させるための孔加工を施した前記コア材を、前記第1ステップで前記第1の繊維クロスと一体構造化された前記繊維ブレードにセットする第2ステップと、
前記繊維ブレードの他端部を開繊して前記コア材に対して広げる工程と、前記第2の繊維クロスを切断せずに、偏在させて有孔させ、前記コア材に重ねる工程とを繰り返し、必要な厚さまで前記第2の繊維クロスを積層させることで、前記繊維ブレードの他端部と、積層された前記第2の繊維クロスとを一体構造化させる第3ステップと
を備えることを特徴とするインサート構造を有するサンドイッチパネルの製造方法。 A skin composed of a first fiber cloth and a second fiber cloth disposed on both surfaces in the thickness direction of the core material, and a hole penetrating between the skin disposed on both surfaces, and composed of a fiber blade A sandwich panel having an insert structure in which fibers of a joint portion between the skin and the insert portion are continuously and integrally structured,
Without cutting the first fiber cloth, the step of making it unevenly distributed and perforating, and the step of opening and spreading one end of the fiber blade and overlapping the first fiber cloth, the required thickness is repeated. A first step in which the first fiber cloth is laminated so that one end of the fiber blade and the laminated first fiber cloth are integrally structured;
A second step of setting the core material, which has been subjected to hole processing for penetrating the fiber blade, in the fiber blade integrated with the first fiber cloth in the first step;
The step of opening the other end of the fiber blade and spreading it on the core material, and the step of making the second fiber cloth unevenly distributed and perforating without being cut and overlapping the core material are repeated. A second step of laminating the second fiber cloth to a required thickness, thereby providing a third step of integrating the other end of the fiber blade and the laminated second fiber cloth. A method for manufacturing a sandwich panel having an insert structure as described above.
前記繊維ブレードに対して、必要な厚さまで積層された前記第1の繊維クロスおよび前記第2の繊維クロスが一体構造化された後の成形プロセスにおいて、VaRTM法を適用する
ことを特徴とするインサート構造を有するサンドイッチパネルの製造方法。 In the manufacturing method of the sandwich panel which has an insert structure according to claim 1 ,
An insert characterized by applying a VaRTM method in a molding process after the first fiber cloth and the second fiber cloth laminated to a required thickness are integrally formed on the fiber blade. A method for manufacturing a sandwich panel having a structure.
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