JP6022059B2 - ハニカムサンドイッチ構造体およびハニカムサンドイッチ構造体の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、繊維強化プラスチック製の表皮材と、ハニカムコアとから構成されるとともに、温度センサである光ファイバセンサを備えたハニカムサンドイッチ構造体およびその製造方法に関するものである。
人工衛星の構造には、繊維強化プラスチック製の表皮材と、ハニカムコアとから構成される、軽量かつ高剛性なハニカムサンドイッチ構造体が一般的に用いられている。特に、ミッション搭載構造において、高剛性なハニカムサンドイッチ構造体が用いられている。
しかしながら、太陽光入熱および搭載機器発熱等の軌道上の熱環境変化によって、ハニカムサンドイッチ構造体に熱変形が発生するので、搭載されたカメラおよびアンテナ等のミッション機器における地球指向軸の角度が変動してしまう。特に、地球から約３万６千Ｋｍの遠方に位置している静止衛星においては、指向軸角度がわずかに変動するだけでも、地球観測および測位の精度が著しく低下することとなる。
そのため、ヒータ等による熱制御によって、ハニカムサンドイッチ構造体の温度を可能な限り均一に維持し、熱変形を抑制することが重要となる。そして、正確な熱制御が実行されるように、軌道上におけるハニカムサンドイッチ構造体の温度を、高分解能かつ高精度に計測することが必要である。
ここで、繊維強化プラスチック製またはプラスチック製の構造体の温度を評価するセンサの１つとして、光ファイバセンサが提案されている。この光ファイバセンサは、小型かつ軽量な温度センサであり、この構造体に埋め込まれた状態で使用されたり、構造体の表面に接着された状態で使用されたりする。
このような光ファイバセンサを備えた構造体の１つとして、例えば、反射スペクトルのブラッグ波長が温度に応じて変化するＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）が形成された光ファイバセンサが表面に接着された人工衛星機器パネルがある。具体的には、搭載された電子機器の温度およびその直下の機器パネルの温度を計測するために、電子機器が搭載される位置に対応する機器パネル表面に光ファイバセンサが接着されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第４５３２４２５号公報
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１に記載の従来技術においては、前述したように、機器パネルの表面に光ファイバセンサを接着することで温度計測が行われる。また、機器パネルの表面には、光ファイバセンサとともに、ヒータ、ＯＳＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｌａｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）およびＭＬＩ（Ｍｕｌｔｉ Ｌａｙｅｒ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ）等といった熱制御素子が接着されている。
ここで、一般的に、光ファイバセンサを表面に接着するためには、表面に形成される接着層の厚さが厚くなってしまう。したがって、光ファイバセンサの直径に合わせて形成した接着層に熱制御素子を接着する場合、接着層の厚さが厚いので、熱の伝わり（熱伝導）が悪くなり、結果として、熱制御の性能が低下してしまうという問題点があった。
また、熱制御素子の接着位置を避けて、機器パネルの表面に光ファイバセンサを接着する場合、光ファイバセンサの接着位置が限定されてしまうので、結果として、温度の計測点数が限られ、高分解能に温度を計測することができないという問題点があった。
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、表面に熱制御素子を接着した場合であっても、正確に熱制御を実行することができるとともに、高分解能かつ高精度に温度を評価することのできるハニカムサンドイッチ構造体およびハニカムサンドイッチ構造体の製造方法を得ることを目的とする。
本発明におけるハニカムサンドイッチ構造体は、繊維強化プラスチック製の表皮材と、表皮材と接着層を介して接着されるハニカムコアとから構成されるハニカムサンドイッチ構造体であって、温度を検出するためのセンサ部が１個以上形成される光ファイバと、光ファイバの周囲を覆うチューブとを備えた光ファイバセンサ構造体が接着層の内部に埋め込まれているものである。
また、本発明におけるハニカムサンドイッチ構造体の製造方法は、繊維強化プラスチック製の表皮材と、表皮材と接着層を介して接着されるハニカムコアとから構成されるハニカムサンドイッチ構造体の製造方法であって、温度を検出するためのセンサ部が１個以上形成される光ファイバをチューブの中に挿入し、加圧下で加熱することでチューブを変形させ、光ファイバと、チューブとが接触した光ファイバセンサ構造体を製造する第１ステップと、表皮材の接着面に第１接着剤を介してセンサ部が所望の位置に配置されるように第１ステップにおいて製造した光ファイバセンサ構造体を設置する第２ステップと、第２ステップにおいて接着面に第１接着剤を介して設置した光ファイバセンサ構造体に第２接着剤を重ねることで、第１接着剤と、第２接着剤とで光ファイバセンサ構造体を挟む第３ステップと、第３ステップにおいて第１接着剤と、第２接着剤とで挟んだ光ファイバセンサ構造体が設置された接着面にハニカムコアを設置し、加圧下で加熱することで、接着面に光ファイバセンサ構造体を接着するとともに、ハニカムコアを接着する第４ステップと、を備えたものである。
本発明によれば、繊維強化プラスチック製の表皮材とハニカムコアとから構成される、ハニカムサンドイッチ構造体において、表皮材と、ハニカムコアとの間に形成される接着層内に光ファイバセンサ構造体を埋め込む構造とする。これにより、表面に熱制御素子を接着した場合であっても、正確に熱制御を実行することができるとともに、高分解能かつ高精度に温度を評価することのできるハニカムサンドイッチ構造体およびハニカムサンドイッチ構造体の製造方法を得ることができる。
本発明の実施の形態１におけるハニカムサンドイッチ構造体の斜視図である。 本発明の実施の形態１における光ファイバセンサ構造体４の断面図である。 本発明の実施の形態１における光ファイバに形成されるＦＢＧセンサ部付近の拡大断面図である。 本発明の実施の形態１におけるＦＢＧセンサ部の構造を示す説明図である。 本発明の実施の形態１におけるＦＢＧセンサ部６の反射スペクトルの特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態１における光ファイバセンサ構造体を用いた温度計測システムの構成図である。 本発明の実施の形態１における光ファイバおよび樹脂チューブの加圧の様子を示す説明図である。 本発明の実施の形態１において、光ファイバセンサ構造体内の光ファイバおよび樹脂チューブの位置関係を示す説明図である。 本発明の実施の形態１において、表皮材に光ファイバセンサ構造体が仮止めされる様子を示す説明図である。 本発明の実施の形態１におけるハニカムサンドイッチ構造体の製造工程を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態１において、表皮材に光ファイバセンサ構造体が接着されるとともに、ハニカムコアが接着されることよって、ハニカムサンドイッチ構造体が成形される様子を示す説明図である。 本発明の実施の形態１におけるハニカムサンドイッチ構造体内の接着層、ハニカムコアおよび光ファイバセンサ構造体の位置関係を示す説明図である。
以下、本発明によるハニカムサンドイッチ構造体およびハニカムサンドイッチ構造体の製造方法を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
ここで、本願発明におけるハニカムサンドイッチ構造体は、表皮材と、ハニカムコアとの間に形成される接着層内に光ファイバセンサ構造体が直線状に埋め込まれているので、表面に熱制御素子が接着された場合に熱制御を正確に実行することができるとともに、高分解能かつ高精度に温度を評価することができるという技術的特徴を有する。換言すると、本願発明は、ハニカムサンドイッチ構造体がこのような構造をとることに技術的特徴を有しており、以下の実施の形態１で示す具体的な数値等は、一例であって、権利範囲に影響を及ぼすものではない。
実施の形態１．
まず始めに、以下の説明において用いる座標系について説明する。本実施の形態１のハニカムサンドイッチ構造体を示す場合、面内方向のうち、ハニカムセルのリボン方向をＸ方向、ハニカムセルのセル幅方向をＹ方向とし、面外方向をＺ方向とする。また、ハニカムサンドイッチ構造体における強化繊維の配向方向を示すための、繊維強化プラスチック製の表皮材の座標系に関して、Ｘ方向を強化繊維の０度方向とし、Ｙ方向を強化繊維の９０度方向とする。
次に、本実施の形態１におけるハニカムサンドイッチ構造体について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるハニカムサンドイッチ構造体の斜視図である。
図１に示すように、ハニカムサンドイッチ構造体は、繊維強化プラスチック製の表皮材１（以降では、単に表皮材１と称す）、接着層２、ハニカムコア３および光ファイバセンサ構造体４を備えて構成されている。具体的には、対向する２個の表皮材１が、ハニカムコア３の両面に接着層２を介して接着されており、接着層２の内部には、チューブに覆われた光ファイバセンサ構造体４が埋め込まれている。
なお、光ファイバセンサ構造体４は、図１に示すように、Ｘ方向（０度方向）に配向しているものとする。また、図１では具体的に説明するために、ハニカムコア３の表面と裏面に設けられた２個の接着層２のそれぞれの内部に１個ずつ光ファイバセンサ構造体４が埋め込まれている場合を例示している。
また、人工衛星においてミッション機器が搭載されるハニカムサンドサンドイッチ構造体では、太陽光の入熱や搭載機器の発熱などにより、２枚の表皮材１間に温度差が発生して変形する。そのため、２枚の表皮材１の温度を計測できるように、表皮材１には少なくとも１個ずつ光ファイバセンサ構造体４を接着しておく必要がある。
次に、本実施の形態１における光ファイバセンサ構造体４について、図２〜図５を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施の形態１における光ファイバセンサ構造体４の断面図である。図３は、本発明の実施の形態１における光ファイバ５に形成されるＦＢＧセンサ部６付近の拡大断面図である。図４は、本発明の実施の形態１におけるＦＢＧセンサ部６の構造を示す説明図である。図５は、本発明の実施の形態１におけるＦＢＧセンサ部６の反射スペクトルの特性を示すグラフである。
なお、図２における光ファイバセンサ構造体４の断面図は、先の図１における光ファイバセンサ構造体４の配向方向（Ｘ方向）に対して平行である（すなわち、Ｘ−Ｚ面に平行である）断面の図を示している。また、図３におけるＦＢＧセンサ部６付近の拡大図は、図２における光ファイバセンサ構造体４の断面図に示されているＦＢＧセンサ部６付近を拡大した図を示している。
図２に示すように、温度を検出するための光ファイバセンサ構造体４は、ＦＢＧセンサ部６を有する光ファイバ５、被覆７および樹脂チューブ８（チューブ）を備えて構成されている。
ここで、ＦＢＧセンサ部６とは、光ファイバ５に形成されたファイバ・ブラッグ・グレーティング（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）部のことであり、光ファイバ５によって直列に接続されるように、それぞれが互いに間隔をおいて１個以上設けられている。なお、図２では具体的に説明するために、３個のＦＢＧセンサ部６が互いに間隔をおいて設けられている場合を例示している。
また、図２に示すように、ＦＢＧセンサ部６が形成される（位置する）光ファイバ５の周囲は、被覆７で覆われておらず（被覆７が除去されており）、これに対して、ＦＢＧセンサ部６が形成されない（位置しない）光ファイバ５の周囲は、被覆７で覆われている。さらに、光ファイバ５の周囲全体（被覆７で覆われている箇所および覆われていない箇所）は、樹脂チューブ８で覆われている。
具体的には、図３に示すように、光ファイバ５は、コア９と、コア９の外周を覆うクラッド１０とを有しており、コア９中にＦＢＧセンサ部６が形成されている。そして、クラッド１０の外周が被覆７で覆われており、ＦＢＧセンサ部６付近では、被覆７が除去されており、クラッド１０が露出した構造となっている。
また、樹脂チューブ８で、図３に示した構造全体が覆われている。このように、樹脂チューブ８を用いることによって、光ファイバセンサ構造体４をハニカムサンドイッチ構造体に接着して温度を計測する際に、ハニカムサンドイッチ構造体の歪みの影響を受けることなく、さらに、光ファイバ５が固定されるので、ＦＢＧセンサ部６の位置が光ファイバ５の軸方向に移動することがない。したがって、ハニカムサンドイッチ構造体の温度を正確に計測することができる。
なお、ここでは、光ファイバ５および被覆７を覆うためのチューブとして、樹脂製のチューブである樹脂チューブ８を例示したが、これに限定されない。すなわち、ハニカムサンドイッチ構造体に接着して温度を計測する際に、ハニカムサンドイッチ構造体の歪みの影響を受けことなく、さらに、光ファイバ５が固定されるチューブであればよく、例えば、金属製のチューブを用いてもよい。
また、光ファイバ５内の各部のサイズについては、例えば、被覆７を含めた光ファイバ５全体の直径を２５０μｍ程度、クラッド１０の直径を１２５μｍ程度、コア９の直径を１０μｍ程度とすることができるが、これらの大きさに限定されない。また、複数設けられているＦＢＧセンサ部６のそれぞれは、例えば、５ｍｍ程度の範囲に渡ってコア９中に形成することができるが、この範囲に限定されない。このように、本実施の形態１で示す数値に係る光ファイバは、一例であって、本願発明は、ここで示した数値以外の他の数値に係る光ファイバに対しても適用可能である。
また、ＦＢＧセンサ部６は、屈折率が光ファイバ５の長手方向（配向方向）に周期的に変化するように、コア９中に形成されており、急峻な反射スペクトル特性が得られるという特徴を有している。具体的には、図４に示すように、コア９の屈折率が周期長Λで変化し、図５に示すように、急峻な反射スペクトル特性が得られ、反射スペクトルの中心波長（ブラッグ波長：λB）の光強度が最も大きくなる。
ここで、反射スペクトルの中心波長（ブラッグ波長：λB）、周期Λおよび屈折率ｎの関係は、次式（１）で表される。また、屈折率ｎは、温度に依存し、周期Λは、温度および歪みに依存する。
λB＝２ｎΛ （１）
したがって、ハニカムサンドイッチ構造体の歪みの影響を受けないように、光ファイバセンサ構造体４において光ファイバ５および被覆７を樹脂チューブ８で覆う構造とするとともに、接着層２の内部に光ファイバセンサ構造体４を埋め込んだ状態でブラッグ波長λBを計測する。これにより、上式（１）から温度を正確に求めることができる。このように、光ファイバ５に形成されるＦＢＧセンサ部６は、温度センサとして使用することが可能となる。
なお、ＦＢＧセンサ部６付近が被覆７で覆われていてもよく、このような場合であっても、従来技術と比べて温度を正確に計測することができる。ただし、ＦＢＧセンサ部６が形成される光ファイバ５の周囲が被覆７で覆われないようにする場合、ハニカムサンドイッチ構造体の温度の情報を、ＦＢＧセンサ部６へより正確に伝達することができる。したがって、温度をより精度よく計測するためには、ＦＢＧセンサ部６が形成される光ファイバ５の周囲が被覆７で覆われないようにすることが好ましい。
次に、ハニカムサンドイッチ構造体の温度を評価するための温度計測システムの一例について、図６を参照しながら説明する。図６は、本発明の実施の形態１における光ファイバセンサ構造体４を用いた温度計測システムの構成図である。
図６に示すように、温度計測システムは、光ファイバ５、光サーキュレータ１１、ＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源１２および光波長計１３を備える。
ハニカムサンドイッチ構造体の温度を計測する場合、光ファイバ５の基端部に、光路を変換する光サーキュレータ１１が接続される。また、光サーキュレータ１１には、広帯域光源であるＡＳＥ光源１２と、波長計測装置である光波長計１３とが接続される。
このようなシステムを構成することにより、ブラッグ波長λBを具体的に計測することができる。そして、前述したように、ブラッグ波長λBを計測することによって、上式（１）からハニカムサンドイッチ構造体の温度を求めることができる。
次に、本実施の形態１におけるハニカムサンドイッチ構造体の製造方法について、図７〜図１１を参照しながら説明する。
まず始めに、光ファイバ５の周囲を樹脂チューブ８で覆うことで、光ファイバセンサ構造体４を製造する場合について、図７および図８を参照しながら説明する。図７は、本発明の実施の形態１における光ファイバ５および樹脂チューブ８の加圧の様子を示す説明図である。なお、図７においては、代表例として、被覆７で覆われている光ファイバ５の断面を示している。
図８は、本発明の実施の形態１において、光ファイバセンサ構造体４内の光ファイバ５および樹脂チューブ８の位置関係を示す説明図である。また、図８（ａ）は、先の図２における光ファイバセンサ構造体４の断面図を示し、図８（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図を示し、図８（ｃ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ’断面図を示す。
ここで、ハニカムサンドイッチ構造体の温度をより精度よく計測できるようにするために、前述したように、ＦＢＧセンサ部６が形成される光ファイバ５の周囲が被覆７で覆われないように被覆７を除去し、あらかじめＦＢＧセンサ部６付近を露出した状態にしている。
図７に示すように、光ファイバ５を同軸の樹脂チューブ８の中に入れて、定盤１５に設置し、バギングフィルム１６で全体を覆い、シール材１７で密閉して、内部（密閉空間）をポンプ（図示せず）で真空状態にする。また、この状態で、バギングフィルム１６の上部から加圧下（例えば、大気圧（１気圧程度）で加圧する）で加熱する。
このように、光ファイバ５を樹脂チューブ８の中に入れて加圧下で加熱することによって、光ファイバセンサ構造体４を製造することができる。具体的には、図８（ａ）に示すように、光ファイバセンサ構造体４において、光ファイバ５の形状にしたがって樹脂チューブ８が変形した状態で、光ファイバ５の周囲が樹脂チューブ８で覆われている。
また、図８（ｂ）に示すように、被覆７で覆われている光ファイバ５は、樹脂チューブ８と直接接触しておらず、被覆７が樹脂チューブ８と直接接触している。これに対して、図８（ｃ）に示すように、被覆７で覆われていない光ファイバ５（すなわち、ＦＢＧセンサ部６が形成される光ファイバ５）は、樹脂チューブ８と直接接触している。
したがって、接着層２の内部に光ファイバセンサ構造体４を埋め込んだ場合、樹脂チューブ８を介して、樹脂チューブ８に接触している光ファイバ５に熱が伝わることとなる。換言すると、ＦＢＧセンサ部６が形成される光ファイバ５においては、被覆７で覆われている光ファイバ５と比べて、被覆７で覆われていない分だけ、縦方向（紙面縦方向）への熱抵抗が小さい。そのため、ＦＢＧセンサ部６によって、ハニカムサンドイッチ構造体の温度が正確に計測される。
次に、表皮材１に光ファイバセンサ構造体４を仮止めする場合について、図９を参照しながら説明する。図９は、本発明の実施の形態１において、表皮材１に光ファイバセンサ構造体４が仮止めされる様子を示す説明図である。なお、図９においては、代表例として、先の図８（ｃ）に示した、ＦＢＧセンサ部６が形成される光ファイバ５の断面を示している。
ここでは、表皮材１と、２枚のフィルム状の接着剤１４（第１接着剤１４ａおよび第２接着剤１４ｂ）で挟み込まれた光ファイバセンサ構造体４とからなる第１成形材料１８を加圧することによって、２枚のフィルム状の接着剤１４で挟み込まれた光ファイバセンサ構造体４を表皮材１に仮止めする。
具体的には、図９に示すように、定盤１５に設置された表皮材１の面に重ねられた第１接着剤１４ａ上に、ＦＢＧセンサ部６が所望の位置に配置されるように、光ファイバセンサ構造体４を設置し、第２接着剤１４ｂをさらに重ねる。このように、２枚のフィルム状の接着剤１４で光ファイバセンサ構造体４を挟み込むことによって、表皮材１と接着した際に接着層２内に埋め込まれた状態で接着させることができる。なお、表皮材１において光ファイバセンサ構造体４が接着される面は、ハニカムコア３を接着する面に相当する。
続いて、バギングフィルム１６で全体を覆い、シール材１７で密閉して、内部（密閉空間）をポンプ（図示せず）で真空にする。また、この状態で、バギングフィルム１６の上部から、例えば、大気圧（１気圧程度）で加圧して密着させる。このような工程を経て、２枚のフィルム状の接着剤１４で挟み込まれた光ファイバセンサ構造体４が表皮材１に仮止めされることとなる。
次に、ハニカムサンドイッチ構造体の製造工程について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、本発明の実施の形態１におけるハニカムサンドイッチ構造体の製造工程を説明するための説明図である。なお、光ファイバセンサ構造体４を製造する工程の説明については、前述したので、説明を省略する。
まず、第１ステップとして、前述したように、２枚のフィルム状の接着剤１４（第１接着剤１４ａおよび第２接着剤１４ｂ）を介して、光ファイバセンサ構造体４が仮止めされた表皮材１を、第１表皮材１ａおよび第２表皮材１ｂとして、２個製造する。
次に、第２ステップとして、第１ステップで製造した、第１表皮材１ａにおける第２接着剤１４ｂの上にハニカムコア３を載せる。続いて、第３ステップとして、第２ステップで第１表皮材１ａにおける第２接着剤１４ｂの上に載せられたハニカムコア３に対して、第１ステップで製造した、第２表皮材１ｂにおける第２接着剤１４ｂを下に向けた状態で、この第２表皮材１ｂを上から被せる。
さらに、最終の第４ステップとして、加圧下で加熱することで、仮止めされた光ファイバセンサ構造体４が表皮材１に接着するとともに、さらに、この表皮材１とハニカムコア３とが接着する。これにより、光ファイバセンサ構造体４を備えたハニカムサンドイッチ構造体が製造されたこととなる。なお、２枚のフィルム状の接着剤１４によってこれらが接着される際の層が接着層２に相当する。
次に、前述した第２ステップ〜第４ステップの具体的な内容について、図１１および図１２を参照しながら説明する。
図１１は、本発明の実施の形態１において、表皮材１に光ファイバセンサ構造体４が接着されるとともに、ハニカムコア３が接着されることよって、ハニカムサンドイッチ構造体が成形される様子を示す説明図である。図１２は、本発明の実施の形態１におけるハニカムサンドイッチ構造体内の接着層２、ハニカムコア３および光ファイバセンサ構造体４の位置関係を示す説明図である。また、図１２（ａ）は、光ファイバセンサ構造体４の上部にハニカムコア３が存在しない場合の断面図を示し、図１２（ｂ）は、光ファイバセンサ構造体４の上部にハニカムコア３が存在する場合の断面図を示す。
ここでは、光ファイバセンサ構造体４が仮止めされた、２個の表皮材１と、それらに挟み込まれたハニカムコア３とからなる第２成形材料１９を加圧下で加熱することによって、ハニカムサンドイッチ構造体を製造する。なお、ハニカムコア３の一例として、例えば、セルサイズが３／８インチ、高さが２５．４ｍｍ、箔厚が０．０１８ｍｍのアルミニウム合金製のハニカムコアを用いればよい。
具体的には、図１１に示すように、ハニカムコア３を介して、２個の表皮材１（第１表皮材１ａおよび第２表皮材１ｂ）のそれぞれに仮止めされる光ファイバセンサ構造体４（接着剤１４）が対向するように、第２成形材料１９を定盤１５に設置する。このような位置関係とすることで、ハニカムコア３の両面が各表皮材１の接着剤１４と接触することとなる。
続いて、バギングフィルム１６で全体を覆い、シール材１７で密閉して、内部（密閉空間）をポンプ（図示せず）で真空にする。また、この状態で、バギングフィルム１６の上部から加圧下（例えば、大気圧（１気圧程度）で加圧する）で加熱する。なお、この場合、例えば、１２０℃で加熱することで、フィルム状の接着剤１４を硬化させればよい。このような工程を経て、仮止めされた光ファイバセンサ構造体４が接着層２内に埋め込まれた状態で表皮材１に接着されるとともに、さらに、ハニカムコア３が２個の表皮材１に挟み込まれた状態で接着されることとなる。
ここで、図１２（ａ）に示すように、接着層２の厚さｔ１よりも光ファイバセンサ構造体４の直径Ｄの方が大きいので、光ファイバセンサ構造体４の形状に沿って接着層２が形成される。また、図１２（ｂ）に示すように、光ファイバセンサ構造体４の直上にハニカムコア３が存在している場合、ハニカムコア３が光ファイバセンサ構造体４の形状に沿ってつぶれた状態で接着層２を介して、表皮材１と接着している。なお、図１２においては、代表例として、被覆７で覆われている光ファイバ５の断面を示すが、被覆７で覆われていない光ファイバ５の断面についても、接着層２の厚さｔ１よりも光ファイバセンサ構造体４の直径Ｄの方大きいので同様のことがいえる。
なお、表皮材１の材料として、例えば、炭素繊維Ｍ６０Ｊ（東レ株式会社製）と、１７０℃で硬化するエポキシ樹脂とから構成される炭素繊維強化プラスチックを用いことができるが、これに限定されない。すなわち、ここで用いることのできる炭素繊維強化プラスチックの構成は、炭素繊維Ｍ６０Ｊと、１７０℃で硬化するエポキシ樹脂との組み合わせに限定されず、どのような組み合わせであってもよい。また、まとめられた複数本の強化繊維に樹脂を含浸させて製造された半硬化状態のシート状の「プリプレグ」を用いてもよい。このように、ここで示す炭素繊維強化プラスチックを構成する繊維と、樹脂との組合せは、一例であって、本願発明は、他の組合せから構成される炭素繊維強化プラスチックに対しても適用可能である。
また、フィルム状の接着剤１４として、例えば、厚さが６０μｍであり、１８０℃で硬化するエポキシ接着剤を用いることができるが、これに限定されず、熱硬化性樹脂であればよく、液状の接着剤を用いてもよい。
また、表皮材１、フィルム状の接着剤１４および光ファイバセンサ構造体４からなる成形材料１８において、２枚のフィルム状の接着剤１４で光ファイバセンサ構造体４を挟み込んだが、これに限定されず、例えば、光ファイバセンサ構造体４に液状の接着剤を塗布してフィルム接着剤で接着してもよい。
また、ＦＢＧセンサ部６のグレーティング長として、例えば、長さを５ｍｍにすることができるが、これに限定されず、１ｍｍから１０ｍｍ程度の範囲内の長さであれば、どのような長さであってもよい。
以上のように、本実施の形態１によれば、光ファイバセンサを、繊維強化プラスチック製の表皮材とハニカムコアとを接着している接着層内に埋め込むことで、熱制御素子を構造の表面に接着して正確な熱制御を可能とした上で、構造の温度を高分解能かつ高精度に評価できるハニカムサンドイッチ構造体を実現することができる。
また、光ファイバセンサ構造体の光ファイバには、反射スペクトルのブラッグ波長が温度および歪みに応じて変化するＦＢＧセンサ部を形成することで、ハニカムサンドイッチ構造体の温度をこの光ファイバセンサ構造体によって計測することを可能にした。
また、ＦＢＧセンサ部周辺とそれ以外の部分との直径を異なるようにした光ファイバセンサ構造体を同軸の樹脂チューブ内に入れ、加圧下で加熱して、樹脂チューブをＦＢＧ部センサ部が形成された光ファイバと接触するように変形させている。この結果、光ファイバセンサ構造体においては、ＦＢＧセンサ部の位置が光ファイバの軸方向に移動することなく、さらに、ＦＢＧセンサ部において面外方向への熱抵抗の小さい構造が実現されているので、ハニカムサンドイッチ構造体の温度を従来と比べてより正確に計測することを可能にした。
また、表皮材に接着層を重ねて接着層の所定の位置に、光ファイバセンサ構造体を設置して接着層を重ねる前工程を行った後に、表皮材と、ハニカムコアとを接着する工程により、ハニカムサンドイッチ構造体を製造している。この結果、ＦＢＧセンサ部が光ファイバの軸方向に移動することなく、かつ面外方向の熱伝導が低下することなく、ＦＢＧセンサ部を内部に有する光ファイバセンサ構造体を接着層の内部に埋め込むことができ、温度を高分解能かつ高精度に計測することを可能にした。
なお、本実施の形態１では、光ファイバセンサ構造体４を構成する光ファイバ５の一例として、ＦＢＧセンサ部６が１個以上形成されている光ファイバを例示したが、これに限定されず、本願発明は、構造体の温度を検出することのできる他の光ファイバに対しても適用可能である。例えば、レイリー散乱、ラマン散乱、ブリルアン散乱の三種類の散乱光型の光ファイバセンサである。また、他の光ファイバにおいても同様に、温度を計測するためのセンサ部が形成されている周囲が被覆で覆われないようにすれば、温度をより精度よく測定することができる。

Claims (6)

  1. 繊維強化プラスチック製の表皮材と、前記表皮材と接着層を介して接着されるハニカムコアとから構成されるハニカムサンドイッチ構造体であって、
    温度を検出するためのセンサ部が１個以上形成される光ファイバと、前記光ファイバの周囲を覆うチューブとを備えた光ファイバセンサ構造体が前記接着層の内部に埋め込まれている
    ハニカムサンドイッチ構造体。
  2. 請求項１に記載のハニカムサンドイッチ構造体において、
    前記センサ部が位置する前記光ファイバの周囲は、被覆で覆われておらず、前記センサ部が位置しない前記光ファイバの周囲は、被覆で覆われており、
    前記チューブは、前記光ファイバと、前記光ファイバの周囲を部分的に覆う前記被覆とを覆っている
    ハニカムサンドイッチ構造体。
  3. 請求項１または２に記載のハニカムサンドイッチ構造体において、
    前記光ファイバは、前記センサ部として、ＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング）センサ部が１個以上形成されている
    ハニカムサンドイッチ構造体。
  4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のハニカムサンドイッチ構造体において、
    前記チューブは、樹脂製または金属製のチューブである
    ハニカムサンドイッチ構造体。
  5. 繊維強化プラスチック製の表皮材と、前記表皮材と接着層を介して接着されるハニカムコアとから構成されるハニカムサンドイッチ構造体の製造方法であって、
    温度を検出するためのセンサ部が１個以上形成される光ファイバをチューブの中に挿入し、加圧下で加熱することで前記チューブを変形させ、前記光ファイバと、前記チューブとが接触した光ファイバセンサ構造体を製造する第１ステップと、
    前記表皮材の接着面に第１接着剤を介して前記センサ部が所望の位置に配置されるように前記第１ステップにおいて製造した前記光ファイバセンサ構造体を設置する第２ステップと、
    前記第２ステップにおいて前記接着面に前記第１接着剤を介して設置した前記光ファイバセンサ構造体に第２接着剤を重ねることで、前記第１接着剤と、前記第２接着剤とで前記光ファイバセンサ構造体を挟む第３ステップと、
    前記第３ステップにおいて前記第１接着剤と、前記第２接着剤とで挟んだ前記光ファイバセンサ構造体が設置された前記接着面に前記ハニカムコアを設置し、加圧下で加熱することで、前記接着面に前記光ファイバセンサ構造体を接着するとともに、前記ハニカムコアを接着する第４ステップと、
    を備えたハニカムサンドイッチ構造体の製造方法。
  6. 請求項５に記載のハニカムサンドイッチ構造体の製造方法において、
    前記第１ステップに先立って、
    前記センサ部が位置する前記光ファイバの周囲および前記センサ部が位置しない前記光ファイバの周囲が被覆で覆われている場合、前記センサ部が位置する前記光ファイバの周囲を覆う被覆を除去するステップをさらに備えた
    ハニカムサンドイッチ構造体の製造方法。
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