(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化プラスチック製の表皮材とハニカムコアとが接着層を用いて接着された、ハニカムサンドイッチ構造体において、
反射スペクトルのブラッグ波長が歪みに応じて変化するファイバ・ブラッグ・グレーティング部が形成された光ファイバセンサが、前記表皮材と前記ハニカムコアとを接着している前記接着層内に、空孔が発生することなく埋め込まれている
ことを特徴とす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。
【請求項２】
請求項１に記載の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において、
前記光ファイバセンサは、前記ファイバ・ブラッグ・グレーティング部がハニカムセル内で直線になるように配置され、かつ隣接するハニカムセルの２重壁面と重複しないように配置されている
ことを特徴とす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。
【請求項３】
繊維強化プラスチック製の表皮材とハニカムコアとの間に接着層を入れて加熱加圧して成形する、ハニカムサンドイッチ構造体の製造方法において、
前記表皮材の所定の位置に、反射スペクトルのブラッグ波長が歪みに応じて変化するファイバ・ブラッグ・グレーティング部が形成された光ファイバセンサを設置するステップと、
設置された前記光ファイバセンサの上に前記接着層を重ね、前記ファイバ・ブラッグ・グレーティング部の近傍に孔を設けて、接着剤の粘性率が小さくなるように加熱しながら加圧して前記接着層を前記表皮材および前記光ファイバセンサに密着させることで、前記ファイバ・ブラッグ・グレーティング部が形成された前記光ファイバセンサを前記接着層の内部に空孔なく埋め込まれた状態にするステップと
を有する前工程と、
前記前工程を行った後に、前記表皮材および前記光ファイバセンサに密着した前記接着層を用いて、前記表皮材とハニカムコアとを加熱加圧により接着して成形するステップを有する後工程と
を備えることを特徴とす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の製造方法。
【請求項４】
繊維強化プラスチック製の表皮材とハニカムコアとの間に接着層を入れて加熱加圧して成形する、ハニカムサンドイッチ構造体の製造方法において、
前記表皮材の上に前記接着層を重ねて、その上から前記表皮材の所定の位置に、反射スペクトルのブラッグ波長が歪みに応じて変化するファイバ・ブラッグ・グレーティング部が形成された光ファイバセンサを設置するステップと、
接着剤の粘性率が小さくなるように加熱しながら加圧して前記接着層を前記表皮材および前記光ファイバセンサに密着させることで、前記ファイバ・ブラッグ・グレーティング部が形成された前記光ファイバセンサを前記接着層の内部に空孔なく埋め込まれた状態にするステップと
を有する前工程と、
前記前工程を行った後に、前記表皮材および前記光ファイバセンサに密着した前記接着層を用いて、前記表皮材とハニカムコアとを加熱加圧により接着して成形するステップを有する後工程と
を備えることを特徴とす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の製造方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載の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の製造方法において、
前記光ファイバセンサは、前記ファイバ・ブラッグ・グレーティング部がハニカムセル内で直線になるように配置され、かつ隣接するハニカムセルの２重壁面を結ぶ直線と重複しないように配置される
ことを特徴とす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の製造方法。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれか１項に記載の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の製造方法において、
前記光ファイバセンサを前記接着層の内部に空孔なく埋め込まれた状態にする前記ステップは、前記光ファイバセンサと前記接着層とをバギングフィルムで覆い、覆った内部を真空に引く工程を含む
ことを特徴とす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の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪みセンサである光ファイバセンサを備えた、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宇宙用の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。
【背景技術】
【０００２】
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が用いられている。このハニカムサンドイッチ構造では、表皮材とハニカムコアとの熱膨張の差に起因して、成形後の表面にハニカム形状の凹凸（ディンプル）が発生する。
【０００３】
特に、近年では、軽量化のために表皮材の厚さが薄くなる傾向にある。また、コスト低減のために、表皮材の成形と、ハニカムコアとの接着を同時に行うコキュア成形法で製造するケースも増えている。このことから、ますますサンドイッチ構造の表面に凹凸が発生しやすくなっている。
【０００４】
このような凹凸は、低温になるほどより深くなる。このため、サンドイッチ構造の表面に太陽電池や接続金具等の被着体を接着した場合には、軌道上運用の極低温環境で、被着体の破損や接着層の破壊を引き起こす恐れがある。そのため、宇宙熱環境を模擬した地上試験で被着体や接着層の健全性（故障、変形、破損などの異常の有無）を検査する必要がある。
【０００５】
ここで、繊維強化プラスチック製若しくはプラスチック製の構造体の健全性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。光ファイバセンサは、小型かつ軽量な歪みセンサ若しくは温度センサであり、繊維強化プラスチック製若しくはプラスチック製の構造に埋め込む、若しくは表面に接着して使用することができる。
【０００６】
このような光ファイバセンサを備えた構造の１つとして、反射スペクトルのブラッグ波長が歪みや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。そして、搭載した電子機器の温度や、その直下の機器パネルの温度や歪みを測定するために、電子機器が搭載される位置の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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４５３２４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
上述した人工衛星機器パネルでは、パネルの表面に光ファイバセンサを接着して温度若しくは歪みを測定している。しかしながら、パネルの表面に被着体を接着する場合には、一般的に、接着層の厚さよりも光ファイバセンサの直径の方が大きい。このため、被着体を高い平面度で接着することができず、製品の要求性能を満たすことができないといった課題がある。
【０００９】
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、被着体を高い平面度で表面に接着し、被着体や接着層の健全性（故障、変形、破損などの異常の有無）を高精度で評価することのでき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を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係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は、繊維強化プラスチック製の表皮材とハニカムコアとが接着層を用いて接着された、ハニカムサンドイッチ構造体において、反射スペクトルのブラッグ波長が歪みに応じて変化するファイバ・ブラッグ・グレーティング部が形成された光ファイバセンサが、表皮材とハニカムコアとを接着している接着層内に、空孔が発生することなく埋め込まれているものである。
【００１１】
また、本発明に係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の製造方法は、繊維強化プラスチック製の表皮材とハニカムコアとの間に接着層を入れて加熱加圧して成形する、ハニカムサンドイッチ構造体の製造方法において、表皮材の所定の位置に、反射スペクトルのブラッグ波長が歪みに応じて変化するファイバ・ブラッグ・グレーティング部が形成された光ファイバセンサを設置するステップと、設置された光ファイバセンサの上に接着層を重ね、ファイバ・ブラッグ・グレーティング部の近傍に孔を設けて加熱加圧して接着層を表皮材および光ファイバセンサに密着させることで、ファイバ・ブラッグ・グレーティング部が形成された光ファイバセンサを接着層の内部に空孔なく埋め込まれた状態にするステップとを有する前工程と、前工程を行った後に、光ファイバセンサに密着した接着層を用いて、表皮材とハニカムコアとを加熱加圧により接着して成形するステップを有する後工程とを備えるものである。
【００１２】
なお、上記の前工程は、表皮材の上に接着層を重ねるステップと、接着層の上から所定の位置に、反射スペクトルのブラッグ波長が歪みに応じて変化するファイバ・ブラッグ・グレーティング部が形成された光ファイバセンサを設置するステップと、加熱加圧して接着層を表皮材および光ファイバセンサに密着させることで、ファイバ・ブラッグ・グレーティング部が形成された光ファイバセンサを接着層の内部に空孔なく埋め込まれた状態にするステップとを有する前工程でもよい。
【発明の効果】
【００１３】
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において、表皮材とハニカムコアとの接着層内に光ファイバセンサを空孔なく埋め込む構造とすることにより、被着体を高い平面度で表面に接着し、被着体や接着層の健全性（故障、変形、破損などの異常の有無）を高精度で評価することのでき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を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係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の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光ファイバセンサの拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る図２の光ファイバのＦＢＧセンサ部付近を示す拡大図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る図３のＦＢＧセンサ部の構造を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る図４のＦＢＧセンサ部の反射スペクトルの特性を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態１に係る図２の光ファイバセンサを用いた歪み計測システムを示す構成図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る図３のＦＢＧセンサ部の近傍に孔を設けた様子を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る成形材料の加圧の様子を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係るフィルム接着剤の温度と粘性率の関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態１に係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の製造工程を説明するための斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る成形材料の加圧の様子を示す説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係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のＦＢＧセンサ部近傍の光ファイバセンサの断面拡大図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る図３のＦＢＧセンサ部の様子を示す説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態２に係る成形材料の加圧の様子を示す説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態２に係る成形材料の加圧の様子を示す説明図である。
【図１６】本発明の実施の形態３に係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のＦＢＧセンサ部の付近を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の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、表皮材とハニカムコアから構成されるサンドイッチ構造において、表皮材とハニカムコアとの接着層内に、空孔なく、直線状にＦＢＧを埋め込むことで、被着体を高い平面度で接着した上で、被着体の破損や接着層の破壊による微小な歪みの変化挙動を高精度に検知することができることを技術的特徴とするものである。
【００１６】
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。ハニカムサンドイッチ構造では、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、面外方向をＺ方向とする。また、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の表皮材の座標系に関しては、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。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態１に係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の斜視図である。図１に示すハニカムサンドイッチ構造体は、繊維強化プラスチックの表皮材１０、接着層２０、ハニカムコア３０、および光ファイバセンサ４０を備えて構成されている。より具体的には、対向する２つの繊維強化プラスチック製の表皮材１０が、ハニカムコア３０の両面に接着層２０を介して接着されている。さらに、一方の接着層２０の内部には、光ファイバセンサ４０が埋め込まれている。
【００１８】
図２は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバセンサ４０の拡大図である。歪みを検出する光ファイバセンサ４０は、この図２に示すように、光ファイバ４１、およびＦＢＧセンサ部４２を含んで構成されている。ここで、ＦＢＧセンサ部４２は、光ファイバ４１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４１によって直列に接続されるように、互いに間隔をおいて複数設けられている（図２では、３つのＦＢＧセンサ部４２が設けられている場合を例示している）。
【００１９】
図３は、本発明の実施の形態１に係る図２の光ファイバ４１のＦＢＧセンサ部４２付近を示す拡大図である。図３に示した光ファイバ４１は、コア４３と、コア４３の外周を覆うクラッド４４と、クラッド４４の外周を覆う被覆（図示せず）とを有している。ＦＢＧセンサ部４２の付近では、図示されていない被覆が除去されており、クラッド４４が露出されている。
【００２０】
サイズは、例えば、被覆を含めた光ファイバ４１全体の直径は、２５０μｍ程度、クラッド４４の直径は、１２５μｍ程度、そしてコア４３の直径は、１０μｍ程度である。また、複数設けられている各ＦＢＧセンサ部４２は、コア４３に５ｍｍ程度の範囲に渡ってそれぞれ形成されている。
【００２１】
図４は、本発明の実施の形態１に係る図３のＦＢＧセンサ部４２の構造を示す説明図である。また、図５は、本発明の実施の形態１に係る図４のＦＢＧセンサ部４２の反射スペクトルの特性を示すグラフである。ＦＢＧセンサ部４２は、コア４３中に形成される屈折率の周期構造であり、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。図４に示したＦＢＧセンサ部４２では、コア４３の屈折率が周期長Λで変化している。
【００２２】
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。
λＢ＝２ｎΛ                                                          （１）
【００２３】
ここで、屈折率ｎは、温度に依存する。従って、温度センサを用いて歪み測定領域付近の温度を取得しておけば、ブラッグ波長λＢを計測することにより、上式（１）から屈折率ｎが求まり、歪みを知ることができる。この結果、図２〜図４で示したＦＢＧセンサ部４２を、歪みセンサとして使用することができる。
【００２４】
図６は、本発明の実施の形態１に係る図２の光ファイバセンサ４０を用いた歪み計測システムを示す構成図である。図６に示した歪み計測システムは、光ファイバ４１、光サーキュレータ５１、ＡＳＥ光源５２、および光波長計５３を含んで構成されている。
【００２５】
歪み計測時には、光ファイバ４１の基端部に、光路を変換する光サーキュレータ５１が接続される。また、光サーキュレータ５１には、広帯域光源であるＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源５２と、波長計測装置である光波長計５３とが接続される。このようなシステムにより、ブラッグ波長λＢを計測することができ、温度センサを用いて歪み測定領域付近の温度を取得しておくことで、上式（１）から屈折率ｎが求まり、歪みを求めることができる。
【００２６】
次に、本実施の形態１に係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の製造方法について説明する。まず始めに、繊維強化プラスチック製の表皮材１０の、ハニカムコアとの接着面側に、ＦＢＧセンサ部４２が所定の位置に配置されるように、光ファイバセンサ４０を設置する。
【００２７】
次に、設置された光ファイバセンサ４０の上に、フィルム状の接着剤２１を重ねて、ＦＢＧセンサ部４２の近傍に、針２２を用いて孔２３を設けて、加熱加圧して密着させる前工程を行った。図７は、本発明の実施の形態１に係る図３のＦＢＧセンサ部４２の近傍に孔を設けた様子を示す説明図である。
【００２８】
このとき、表皮材１０の材料としては、炭素繊維Ｍ６０Ｊ（東レ製）と１７０度硬化の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、フィルム状の接着剤２１としては、厚さ６０μｍの１８０度硬化のエポキシ接着剤を用いた。
【００２９】
また、グレーティング長５ｍｍのＦＢＧセンサ部４２に対して、図７（ａ）に示すように、左右両側の両端およびその中心の計６箇所に、直径１００μｍの針２２を、図７（ｂ）に示すように、表皮材１０に対して４５度の角度を持つように、フィルム状の接着剤２１に突き刺し、孔２３を作成した。
【００３０】
さらに、図８は、本発明の実施の形態１に係る成形材料の加圧の様子を示す説明図である。この図８に示すように、成形材料６０を定盤６１の上に置いた後に、バギングフィルム６２で覆い、シール材６３で密閉して内部をポンプで真空に引き、大気圧（１気圧程度）で成形材料６０を加圧した。
【００３１】
また、図９は、本発明の実施の形態１に係るフィルム接着剤の温度と粘性率の関係を示すグラフである。具体的には、フィルム接着剤２１の、一定昇温で加熱したときの粘性率の変化を表している。この図９に示すように、室温からの温度の上昇に伴い、粘性率が小さくなっていることが分かる。粘性率が小さい方が、光ファイバが接着層内に埋没し易く、かつ表面張力による光ファイバ周囲へのぬれの効果も期待できる。また、空気も抜け易く、空孔も出来難い。
【００３２】
しかしながら、高温状態では、接着剤が硬化してしまう。そのため、粘性率が常温に比べて２桁小さく、かつ硬化反応が短時間では起こらない温度である、９０度で加熱をしながら、表皮材１０および光ファイバセンサ４０に対して、フィルム状の接着剤２１を１気圧程度の圧力を加えて密着させた。
【００３３】
なお、表皮材１０は、炭素繊維Ｍ６０Ｊと１７０度硬化のエポキシ樹脂との組み合わせから構成された炭素繊維強化プラスチックに限らず、いかなる組み合わせの炭素繊維強化プラスチックでもよく、さらには、まとめられた複数本の強化繊維に樹脂を含浸させて作成された半硬化状態のシート状の「プリプレグ」でもよい。また、フィルム状の接着剤２１も、１８０度硬化のエポキシ樹脂に限らず、熱硬化性樹脂であればよく、液状の接着剤でもよい。
【００３４】
さらに、ＦＢＧセンサ部４２のグレーティング長は、５ｍｍに限らず、１ｍｍから１０ｍｍ程度の範囲内であれば、いかなる長さであってもよい。
【００３５】
図１０は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバセンサ４０を備えた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斜視図である。まず始めに、第１ステップとして、表皮材１０および光ファイバセンサ４０に対して、フィルム状の接着剤２１を密着させる。次に、第２ステップにおいて、先に図７を用いて説明したように、フィルム状の接着剤２１に孔２３を設けておく。
【００３６】
次に、第３ステップとして、第２ステップを経たフィルム状の接着剤２１の上に、ハニカムコア３０を載せる。次に、第４ステップとして、第３ステップを経たハニカムコア３０に対して、シート状の接着剤２１を敷いた表皮材１０を上から被せる。
【００３７】
さらに、最終の第５ステップとして、加熱加圧してシート状の接着剤２１による接着を行うことで、光ファイバセンサ４０を備えたハニカムサンドイッチ構造体が製作されることとなる。図１１は、本発明の実施の形態１に係る成形材料の加圧の様子を示す説明図であり、第５ステップでの接着の様子を示している。成形材料７０を定盤７１の上に置いた後に、バギングフィルム７２の覆い、シール材７３で密閉して内部をポンプで真空に引き、成形材料７０を加圧した。また、このとき１２０度に加熱してフィルム状の接着剤２１を硬化させて成形した。
【００３８】
このとき、一例としては、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３０を用いた。
【００３９】
図１２は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバセンサ４０を備えたハニカムサンドイッチ構造体のＦＢＧセンサ部４２近傍の光ファイバセンサ４０の断面拡大図である。図１２（ａ）に示すように、第２ステップによってフィルム状の接着剤２１に孔２３を設けて加熱加圧した効果により、ＦＢＧセンサ部４２（図示せず）を内部に有する光ファイバセンサ４０が、表皮材１０上において、接着層２０（フィルム状の接着剤２１に相当）の内部に、空孔なく埋め込まれた状態となる。
【００４０】
また、図１２（ｂ）に示すように、接着層２０の厚さｔ１よりも、光ファイバセンサ４０の直径Ｄの方が大きいため、光ファイバセンサ４０上では、ハニカムコア３０が光ファイバセンサ４０の形状に沿ってつぶれる形となっている。
【００４１】
また、このとき、図１２（ｃ）に示すように、接着層２０の厚さｔ１と、光ファイバセンサ４０の直径Ｄと、光ファイバセンサ４０が埋没している箇所の最大接着層厚さｔ２との関係は、次式（２）で表される。
（ｔ２−Ｄ）≦ｔ１                                                    （２）
このとき、一例としては、ｔ１が６０μｍ、Ｄが１２５μｍ、ｔ２が１５０μｍであった。
【００４２】
上式（２）の関係が成り立たない場合としては、例えば、光ファイバセンサ４０を２枚のフィルム状の接着剤２１で挟み込んで接着層に埋め込む場合が考えられる。この場合、フィルム接着層の厚さが厚くなり、表皮材１０の表面にあらわれる凹凸の度合いが変化する。そのため、光ファイバセンサ４０が接着された部位の状態がハニカムサンドイッチ構造体の中で特異な状態となってしまい、健全性を検査するためには不適当である。
【００４３】
なお、上記の光ファイバセンサ４０の接着では、２枚のフィルム状の接着剤２１で挟み込んだが、光ファイバセンサ４０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同様である。
【００４４】
図１２に示したように、本発明の製造方法によれば、表皮材１０とハニカムコア３０との間に位置する接着層２０の内部に、空孔なく、ＦＢＧセンサ部４２を内部に有する光ファイバセンサ４０を埋め込むことができる。これにより、被着体を高い平面度で接着した上で、被着体の破損や接着層２０の破壊による微小な歪みの変化挙動を、高精度に検知することができる。
【００４５】
以上のように、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、被着体を高い平面度で接着した上で、被着体や接着層の健全性（故障、変形、破損などの異常の有無）を高精度で評価できるハニカムサンドイッチ構造を実現することができる。
【００４６】
光ファイバセンサとしては、反射スペクトルのブラッグ波長が、歪みや温度に応じて変化するＦＢＧが形成されたものを用いている。これにより、サンドイッチ構造の表面の凹凸に起因する被着体の破損や接着層の破壊を、光ファイバセンサによって取得した歪みの変化挙動によって検知することができる。
【００４７】
ここで、被着体の破損や接着層の破壊を高精度に検知するためには、ＦＢＧを空孔（ボイド）なく、接着層内に埋め込む必要がある。ところが、表皮材とハニカムコアとをフィルム状の接着剤を用いて接着する通常のサンドイッチ構造の製造工程の中で、光ファイバセンサを接着層内に埋め込んだだけでは、ＦＢＧの周囲に空孔が発生してしまう。
【００４８】
そこで、本実施の形態１では、表皮材の、ハニカムコアとの接着面側に、光ファイバセンサを設置し、その上にフィルム状の接着剤を重ねてＦＢＧの近傍に孔を設けて加熱加圧して密着させる前工程を行っている。そして、この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を製造している。この結果、空孔なく、ＦＢＧを内部に有する光ファイバセンサを接着層内に埋め込むことができ、被着体や接着層の健全性を高精度に検知することを可能にした。
実施の形態２．
【００４９】
本発明の実施の形態２に係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は、先の実施の形態１に係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と製造方法が異なっているが、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し、説明は省略する。
【００５０】
本実施の形態２に係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の製造方法について説明する。まず始めに、繊維強化プラスチック製の表皮材１０の、ハニカムコアとの接着面側に、フィルム状の接着剤２１を重ねる。
【００５１】
次に、フィルム状の接着剤２１の上に、ＦＢＧセンサ部４２が所定の位置に配置されるように、光ファイバセンサ４０を設置し、加熱加圧して密着させる前工程を行った。図１３は、本発明の実施の形態２に係る図３のＦＢＧセンサ部４２の様子を示す説明図である。
【００５２】
このとき、表皮材１０の材料としては、炭素繊維Ｍ６０Ｊ（東レ製）と１７０度硬化の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、フィルム状の接着剤２１としては、厚さ６０μｍの１８０度硬化のエポキシ接着剤を用いた。
【００５３】
また、図１４は、本発明の実施の形態２に係る成形材料の加圧の様子を示す説明図である。図１４に示すように、成形材料８０を定盤８１の上に置いた後に、バギングフィルム８２で覆い、シール材８３で密閉して内部をポンプで真空に引き、大気圧（１気圧程度）で成形材料８０を加圧した。
【００５４】
また、先の実施の形態１の場合と同様に、粘性率が常温に比べて２桁小さく、かつ硬化反応が短時間では起こらない温度である、９０度で加熱をしながら圧力を加えて、表皮材１０とフィルム状の接着剤２１の密着と、フィルム状の接着剤２１への光ファイバセンサ４０の埋め込みによる密着を行った。このとき、加熱によってフィルム状の接着剤２１の粘性率が低くなることで、光ファイバセンサ４０がフィルム状の接着剤２１に埋め込まれ、また、表面張力によって、フィルム状の接着剤２１が光ファイバセンサ４０の上面にも回り込む。その結果、光ファイバセンサ４０の周囲が、フィルム状の接着剤２１によって覆われた状態になる。
【００５５】
なお、表皮材１０は、炭素繊維Ｍ６０Ｊと１７０度硬化のエポキシ樹脂との組み合わせから構成された炭素繊維強化プラスチックに限らず、いかなる組み合わせの炭素繊維強化プラスチックでもよく、さらには、まとめられた複数本の強化繊維に樹脂を含浸させて作成された半硬化状態のシート状の「プリプレグ」でもよい。また、フィルム状の接着剤２１も、１８０度硬化のエポキシ樹脂に限らず、熱硬化性樹脂であればよく、液状の接着剤でもよい。
【００５６】
さらに、ＦＢＧセンサ部４２のグレーティング長は、５ｍｍに限らず、１ｍｍから１０ｍｍ程度の範囲内であれば、いかなる長さであってもよい。
【００５７】
次に、先の実施の形態１における図１０の斜視図を用いて、本発明の実施の形態２に係る光ファイバセンサ４０を備えたハニカムサンドイッチ構造体の製造工程を説明する。まず始めに、第１ステップとして、表皮材１０および光ファイバセンサ４０に対して、フィルム状の接着剤２１を密着させる。次に、第２ステップにおいて、加熱加圧することで、光ファイバセンサ４０の下面がフィルム状の接着剤２１の中に埋め込まれ、表面張力によって光ファイバセンサ４０の上面にもフィルム状の接着剤２１が回り込む。
【００５８】
次に、第３ステップとして、第２ステップを経たフィルム状の接着剤２１の上に、ハニカムコア３０を載せる。次に、第４ステップとして、第３ステップを経たハニカムコア３０に対して、シート状の接着剤２１を敷いた表皮材１０を上から被せる。
【００５９】
さらに、最終の第５ステップとして、加熱加圧してシート状の接着剤２１による接着を行うことで、光ファイバセンサ４０を備えたハニカムサンドイッチ構造体が製作されることとなる。図１５は、本発明の実施の形態２に係る成形材料の加圧の様子を示す説明図であり、第５ステップでの接着の様子を示している。成形材料９０を定盤９１の上に置いた後に、バギングフィルム９２の覆い、シール材９３で密閉して内部をポンプで真空に引き、成形材料９０を加圧した。また、このとき１２０度に加熱してフィルム状の接着剤２１を硬化させて成形した。
【００６０】
このとき、一例としては、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３０を用いた。
【００６１】
本発明の実施の形態２に係る光ファイバセンサ４０を備えたハニカムサンドイッチ構造体のＦＢＧセンサ部４２近傍の光ファイバセンサ４０の断面拡大図は、先の実施の形態１における図１２と同様である。図１２（ａ）に示すように、第２ステップによって加熱加圧した効果により、ＦＢＧセンサ部４２（図示せず）を内部に有する光ファイバセンサ４０が、表皮材１０上において、接着層２０（フィルム状の接着剤２１に相当）の内部に、空孔なく埋め込まれた状態となる。
【００６２】
また、図１２（ｂ）に示すように、接着層２０の厚さｔ１よりも、光ファイバセンサ４０の直径Ｄの方が大きいため、光ファイバセンサ４０上では、ハニカムコア３０が光ファイバセンサ４０の形状に沿ってつぶれる形となっている。
【００６３】
また、このとき、図１２（ｃ）に示すように、接着層２０の厚さｔ１と、光ファイバセンサ４０の直径Ｄと、光ファイバセンサ４０が埋没している箇所の最大接着層厚さｔ２との関係は、先の実施の形態１で説明した上式（２）で表される。
このとき、一例としては、ｔ１が６０μｍ、Ｄが１２５μｍ、ｔ２が１５０μｍであった。
【００６４】
上式（２）の関係が成り立たない場合としては、例えば、光ファイバセンサ４０を２枚のフィルム状の接着剤２１で挟み込んで接着層に埋め込む場合が考えられる。この場合、フィルム接着層の厚さが厚くなり、表皮材１０の表面にあらわれる凹凸の度合いが変化する。そのため、光ファイバセンサ４０が接着された部位の状態がハニカムサンドイッチ構造体の中で特異な状態となってしまい、健全性を検査するためには不適当である。
【００６５】
なお、上記の光ファイバセンサ４０の接着では、２枚のフィルム状の接着剤２１で挟み込んだが、光ファイバセンサ４０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同様である。
【００６６】
図１２に示したように、本発明の製造方法によれば、表皮材１０とハニカムコア３０との間に位置する接着層２０の内部に、空孔なく、ＦＢＧセンサ部４２を内部に有する光ファイバセンサ４０を埋め込むことができる。これにより、被着体を高い平面度で接着した上で、被着体の破損や接着層２０の破壊による微小な歪みの変化挙動を、高精度に検知することができる。
【００６７】
以上のように、実施の形態２によれば、先の実施の形態１と異なる製造方法を用いた場合にも、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、被着体を高い平面度で接着した上で、被着体や接着層の健全性（故障、変形、破損などの異常の有無）を高精度で評価できるハニカムサンドイッチ構造を実現することができる。
【００６８】
光ファイバセンサとしては、反射スペクトルのブラッグ波長が、歪みや温度に応じて変化するＦＢＧが形成されたものを用いている。これにより、サンドイッチ構造の表面の凹凸に起因する被着体の破損や接着層の破壊を、光ファイバセンサによって取得した歪みの変化挙動によって検知することができる。
【００６９】
ここで、被着体の破損や接着層の破壊を高精度に検知するためには、ＦＢＧを空孔（ボイド）なく、接着層内に埋め込む必要がある。ところが、表皮材とハニカムコアとをフィルム状の接着剤を用いて接着する通常のサンドイッチ構造の製造工程の中で、光ファイバセンサを接着層内に埋め込んだだけでは、ＦＢＧの周囲に空孔が発生してしまう。
【００７０】
そこで、本実施の形態２では、表皮材の、ハニカムコアとの接着面側に、フィルム状の接着剤を重ねて、その上に光ファイバセンサを設置し、加熱加圧して密着させる前工程を行っている。そして、この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を製造している。この結果、空孔なく、ＦＢＧを内部に有する光ファイバセンサを接着層内に埋め込むことができ、被着体や接着層の健全性を高精度に検知することを可能にした。
【００７１】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係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は、ハニカムコア３０を構成するそれぞれのハニカムセルに対する光ファイバセンサの相対的な位置を工夫することで、被着体の破損や接着層の破壊の検知精度を高めるとともに、ハニカムコアの形状変化を最小化するものであり、その具体的な方法について説明する。なお、先の実施の形態１と同様の部分に関しては、同一の符号を付記し、説明は省略する。
【００７２】
図１６は、本発明の実施の形態３に係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のＦＢＧセンサ部４２の付近を示す拡大図である。本実施の形態３では、被着体の破損や接着層の破壊の検知精度を高めるために、ＦＢＧセンサ部４２は、隣接するハニカムセル３１の２重壁面上以外のハニカムセル３１内に、直線になるように配置されている。
【００７３】
このとき、光ファイバセンサ４０の直径は、１２５μｍ若しくは２５０μｍであり、接着層の厚さ６０μｍよりも大きい。このため、先の図１２（ｂ）に示したように、光ファイバセンサ４０上では、ハニカムコア３０が光ファイバセンサ４０の形状に沿ってつぶれることとなる。
【００７４】
ここで、ハニカムコア３０がつぶれた領域が多くなると、ハニカムサンドイッチ構造の強度が低下することが懸念される。そこで、本実施の形態３では、ハニカムコア３０がつぶれた領域を最小とするために、光ファイバセンサ４０が、１つのハニカムセル３１と交差する位置を、図１６に示すように、Ｐ１、Ｐ２の２箇所としている。
【００７５】
すなわち、本実施の形態３では、光ファイバセンサ４０が、隣接するハニカムセル３１の２重壁面を結ぶ直線に相当する図１６の点線領域に、完全に含まれないように配置され、かつＦＢＧセンサ部４２が１つのハニカムセル３１内で直線となるように配置されていることを特徴としている。
【００７６】
以上のように、実施の形態３によれば、被着体の破損や接着層の破壊の検知精度を高めるために、ＦＢＧをハニカムセル壁面上以外のハニカムセル内に、直線になるように配置している。このとき、光ファイバセンサの直径が接着層の厚さよりも大きいため、光ファイバセンサ上ではハニカムコアが形状変化している。しかしながら、このような配置とすることで、光ファイバセンサが、１つのハニカムセルと交差する位置を２箇所とすることができ、先の実施の形態１の効果に加え、ハニカムコアの形状変化を最小化し、強度低下を抑える効果をさらに得ることができる。
【符号の説明】
【００７７】
１０  繊維強化プラスチックの表皮材、２０  接着層、２１  フィルム状の接着剤、２２  針、２３  孔、３０  ハニカムコア、３１  ハニカムセル、４０  光ファイバセンサ、４１  光ファイバ、４２  ＦＢＧセンサ部、４３  コア、４４  クラッド、５１  光サーキュレータ、５２  ＡＳＥ光源、５３  光波長計、６０  成形材料、６１  定盤、６２  バギングフィルム、６３  シール材、７０  成形材料、７１  定盤、７２  バギングフィルム、７３  シール材、８０  成形材料、８１  定盤、８２  バギングフィルム、８３  シール材、９０  成形材料、９１  定盤、９２  バギングフィルム、  ９３  シール材。
【図１】
0005675665.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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