(57)【要約】【課題】外部環境の湿度が変化しても吸湿による変形を極小に抑えることのできるハニカムサンドイッチパネルを提供することを目的とする。【解決手段】炭素繊維で織布された炭素繊維強化炭素複合材で構成されたハニカムコアの両面を同種の材料で構成された表皮で挟んだハニカムサンドイッチパネルにおいて、炭素繊維の繊維配向の一方向を、表皮の表面に対して略垂直な方向にしたので、吸湿によるハニカムサンドイッチパネルの変形量をほぼゼロにすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維で織布された炭素繊維強化炭素複合材で構成されたハニカムコアの両面を前記ハニカムコアと同種の材料で構成された表皮で挟んだハニカムサンドイッチパネルにおいて、
前記ハニカムコアの前記炭素繊維の繊維配向の一方向が、前記表皮の表面に対して略垂直な方向であることを特徴とするハニカムサンドイッチパネル。
【請求項２】
ハニカムコアの炭素繊維の繊維配向の他方向が、前記炭素繊維の繊維配向の一方向に対して略垂直な方向であることを特徴とする請求項１記載のハニカムサンドイッチパネル。
【請求項３】
ハニカムコアの炭素繊維の繊維配向の他方向が、前記炭素繊維の繊維配向の一方向に対して略６０°および−６０°の方向であることを特徴とする請求項１記載のハニカムサンドイッチパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、宇宙空間や地上で使用される望遠鏡の反射鏡背面構造や光学支持構造などに適用される、寸法安定性の高いハニカムサンドイッチパネルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の科学技術の進展に伴い、宇宙空間や地上で使用される望遠鏡の高性能化が求められており、次世代望遠鏡をはじめとする将来の望遠鏡では、望遠鏡における反射鏡の背面構造や支持構造などの光学構造に使用されるハニカムサンドイッチパネルにおいて、軽量、高剛性、低熱膨張、低熱歪などへの要求が強まっている。ハニカムサンドイッチパネルとは、炭素繊維などの強化繊維で構成された炭素繊維強化炭素複合材のハニカムコアの両面を表皮と呼ばれる板状の部材で挟んだものである。通常、表皮も炭素繊維強化炭素複合材で構成されている。
【０００３】
従来の炭素繊維で織布された炭素繊維強化炭素複合材で構成されたハニカムコアにおいては、軽量かつ高剛性であることが要求されるため、ハニカムコアの炭素繊維の配向方向は、六角形のハニカムの回転対称軸方向に対して±４５°方向であった（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１２４８７４号公報（２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の炭素繊維の配向方向が六角形のハニカムの回転対称軸方向に対して±４５°方向であるハニカムコアを用いてハニカムサンドイッチパネルにより反射鏡を試作してその光学特性を評価したところ、天候によって反射鏡の反射特性（焦点距離など）が変化していることが判明した。そして、ハニカムサンドイッチパネルが湿度の変化によって変形していることがわかった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされてもので、外部環境の湿度が変化しても変形を極小に抑えることのできるハニカムサンドイッチパネルを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
外部環境の湿度変化によるハニカムサンドイッチパネルの変形について、その現象について詳しく調査・分析を行なった結果、これまでは無機材料系である炭素繊維で構成されたハニカムサンドイッチパネルは湿度の影響を受けないと考えられていたが、ハニカムサンドイッチパネルの構成部材であるハニカムコアが吸湿によって変形を起こしていることを突き止めた。さらに、ハニカムコアの強化繊維の繊維配向が表皮の表面に対して±４５°方向となっているため、ハニカムサンドイッチパネルの厚さ方向および面内方向に対してハニカムコアの拘束力が弱く、ハニカムコアが吸湿した場合の変形を拘束しきれない状態になっていることを見出した。
【０００８】
この発明に係るハニカムサンドイッチパネルは、炭素繊維で織布された炭素繊維強化炭素複合材で構成されたハニカムコアの両面を表皮で挟んだハニカムサンドイッチパネルにおいて、炭素繊維の繊維配向の一方向を、表皮の表面に対して略垂直な方向にしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係るハニカムサンドイッチパネルにおいては、炭素繊維で織布された炭素繊維強化炭素複合材で構成されたハニカムコアの炭素繊維の繊維配向の一方向を、表皮の表面に対して略垂直な方向にしたので、吸湿によるハニカムサンドイッチパネルの変形量をほぼゼロにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１におけるハニカムサンドイッチパネルの構造を示す模式図である。図２は、本実施の形態におけるハニカムコア３の模式図である。図１において、ハニカムサンドイッチパネル１は、２枚の表皮２でハニカムコア３を両面から挟んで構成されている。図２において、ハニカムコア３は、炭素繊維で織布された炭素繊維強化炭素複合材で構成されており、セルサイズは約１／４インチ（セルサイズとは、ハニカムの六角形の対角線のサイズ）、厚さは約２５ｍｍである。炭素繊維強化炭素複合材は、東レのトレカＴ３００（登録商標）の炭素繊維にエポキシ樹脂を含浸させたのち、炭素化熱処理してエポキシ樹脂を炭化させて得られたものである。ハニカムコア３を構成する炭素繊維の繊維配向の方向は、図２に示すように六角形のハニカムの回転対称軸方向４に対して０°と９０°である。ハニカムの回転対称軸方向４に対して０°、つまり回転対称軸方向４と平行な方向が、表皮２の表面に対して略垂直な方向となる。
【００１１】
表皮２も炭素繊維で織布された炭素繊維強化炭素複合材で構成されており、東レのトレカＴ３００（登録商標）のクロスＣ０６３４３（商品名）にフェノール樹脂を含浸させてプリプレグシートを作製し、それを適当な大きさに裁断したのち複数枚積層して加熱硬化成形し、その後炭素化熱処理して得られたものである。
【００１２】
炭素化熱処理して得られたハニカムコア３と表皮２とを用いて、図１に示すようにハニカムコア３の両面を２枚の表皮２で挟み、炭素系接着剤で接着したのち再度炭素化熱処理して炭素系接着剤のバインダ成分を炭素化し、すべて炭素繊維強化炭素複合材で構成されたハニカムサンドイッチパネル１を得た。
【００１３】
このように構成されたハニカムサンドイッチパネルの吸湿による変形量の評価を行なった。図３は、本実施の形態で用いたハニカムサンドイッチパネルの変形量を測定する方法の概略模式図である。
【００１４】
まず始めに、測定方法について説明する。図３において、支持固定部５に測定対称であるハニカムサンドイッチパネル６と石英で構成されたリファレンス７とを並べて配置し、支持固定部５に対して反対側のハニカムサンドイッチパネル６の端部とリファレンス７の端部とに同時に接触するように全反射ミラー８を設置する。ハニカムサンドイッチパネル６は、表皮の面と平行な方向が支持固定部５に対して直角になる方向で配置する。全反射ミラー８に近接してハーフミラー９を全反射ミラー８に対して略平行に配置し、レーザ干渉計１０からハーフミラー９へレーザ光１１を照射する。全反射ミラー８とハーフミラー９との平行間隔を僅かにずらしておけば、ハーフミラー９で反射されたレーザ光とハーフミラー９を透過して全反射ミラー８で反射されたレーザ光とで干渉が起き、レーザ干渉計１０では、干渉縞１２が観測される。リファレンス７は石英で構成されているので、温度や湿度の変化ではほとんど変形しないが、ハニカムサンドイッチパネル６が温度や湿度で変形（伸縮）すると、図４に示すように全反射ミラー８が斜めに傾いてハーフミラー９に対して平行でなくなるのでレーザ干渉計１０で観測されていた干渉縞１２が変化する。実際には、干渉縞１２の間隔が変化するが、より直感的に確認するために、一定の視野内で観測される干渉縞１２の本数で評価した。なお、干渉縞１２の間隔が狭くなる、すなわち干渉縞１２の本数が多くなることは、測定対象物であるハニカムサンドイッチパネル６が膨張したことを意味する。この干渉縞１２の本数の変化によってハニカムサンドイッチパネル６が変形したことがわかる。
【００１５】
次に、本実施の形態における湿度に対する変形の測定方法について説明する。本実施の形態で得られたハニカムサンドイッチパネルを、真空オーブンを用いて真空中、約１２０℃で５０時間保持して十分に乾燥させる。この十分に乾燥させたハニカムサンドイッチパネルを、雰囲気が温度２５℃、湿度５５％で一定に保たれた恒温恒湿槽内に設置された図３に示す装置にセットする。長時間一定の湿度の雰囲気に曝しておくと、ハニカムサンドイッチパネル６が徐々に吸湿して変形して、レーザ干渉計１０で観測される干渉縞１２の本数が変化する。
【００１６】
本実施の形態においては、比較のために従来と同じ炭素繊維の繊維配向の方向をもつハニカムコアで構成されたハニカムサンドイッチパネルも作製し、同じ方法で変形量を測定した。比較例として作製したものは、ハニカムコアを構成する炭素繊維の繊維配向の方向がハニカムの回転対称軸方向４に対して±４５°のものである。また、変形量を測定したハニカムサンドイッチパネルと全く同じものを同時に恒温恒湿槽内に放置し、干渉縞を観測したときに重量を測定し、その変化量（十分乾燥されたときからの重量変化率）を算出した。
【００１７】
図５は、恒温恒湿槽内に放置した時間と干渉縞の本数および重量変化率との関係を示した特性表である。この表からわかるように、比較例では、１００時間放置によって吸湿により約０．８％の重量増加があり、干渉縞の本数も４本から２６本へと増加したことから、吸湿により比較例のハニカムサンドイッチパネルは膨張したことがわかる。これに対して、本実施の形態のハニカムサンドイッチコアは、１００時間放置しても吸湿による重量増加は約０．２％あるものの、干渉縞の本数に変化はなく、ほとんど変形していないことがわかる。以上の結果から、ハニカムコアを構成する炭素繊維の繊維配向の一方向を、表皮の表面に対して略垂直な方向にしたので、吸湿によるハニカムサンドイッチパネルの変形量をほぼゼロにすることができる。
【００１８】
実施の形態２．
図６は、実施の形態２におけるハニカムサンドイッチパネルに用いたハニカムコア３の模式図である。本実施の形態においては、ハニカムコア３を構成する炭素繊維の材料は実施の形態１と同様であるが、繊維配向の方向が３方向あり、一方向は六角形のハニカムの回転対称軸方向４に対して平行（０°）であるが、残りの２方向は回転対称軸方向４に対して、±６０°である。ハニカムの回転対称軸方向４に対して０°、つまり回転対称軸方向４と平行な方向が、表皮２の表面に対して略垂直な方向となる。このハニカムコア３を用いて実施の形態１と同様な方法でハニカムサンドイッチパネルを作製した。
【００１９】
本実施の形態におけるハニカムサンドイッチパネルの吸湿による変形を実施の形態１と同様は方法で測定した。本実施の形態においても、実施の形態１の時と同様に、ハニカムコアを構成する炭素繊維の繊維配向の方向がハニカムの回転対称軸方向に対して±４５°にした比較例を同時に測定した。図７は、本実施の形態のハニカムサンドイッチパネルを温恒湿槽内に放置したときの、放置時間と干渉縞の本数および重量変化率との関係を示した特性表である。この表からわかるように、比較例に対して、本実施の形態のハニカムサンドイッチコアは、１００時間放置しても吸湿による重量増加は約０．２％あるものの、干渉縞の本数に変化はなく、ほとんど変形していないことがわかる。以上の結果から、ハニカムコアを構成する炭素繊維の繊維配向の一方向を、表皮の表面に対して略垂直な方向にしたので、吸湿によるハニカムサンドイッチパネルの変形量をほぼゼロにすることができる。
【００２０】
なお、上述の実施の形態１および２において、ハニカムコアの炭素繊維として、ＰＡＮ（ポリアクリルニトリル）系炭素繊維のトレカＴ３００（登録商標）を用いたが、他の高弾性系のＰＡＮ系炭素繊維や高強度タイプのＰＡＮ系炭素繊維あるいは、ピッチ系炭素繊維を用いてもよい。また、ハニカムコアの樹脂には、エポキシ樹脂を用いたが、フェノール樹脂やアラミド樹脂などの熱処理により炭素化が可能な樹脂を用いてもよい。表皮の材料も同様に、ＰＡＮ系あるいはピッチ系の各種炭素繊維を用いてもよい。接着剤には炭素系接着剤を用いたが、セラミックス系接着剤などを用いて接着してもよい。例えば、アロンセラミックスなど使用し、接着後過熱をして有機バインダを揮発させればよい。
【００２１】
さらに、上述の実施の形態において、ハニカムコアの断面形状は六角形（蜂の巣）の形状で説明したが、ハニカムコアの形状としては、半円状や円形あるいは三角形以上の多角形形状の組合せで構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態１におけるハニカムサンドイッチパネルの構造を示す模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるハニカムコアの構造を示す模式図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるハニカムサンドイッチパネルの変形量を測定する方法の概略模式図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるハニカムサンドイッチパネルの変形量を測定する方法の概略模式図である。
【図５】この発明の実施の形態１におけるハニカムサンドイッチパネルの特性表である。
【図６】この発明の実施の形態２におけるハニカムコアの構造を示す模式図である。
【図７】この発明の実施の形態２におけるハニカムサンドイッチパネルの特性表である。
【符号の説明】
【００２３】
１  ハニカムサンドイッチパネル
２  表皮
３  ハニカムコア
４  回転対称軸
５  支持固定部
６  ハニカムサンドイッチパネル
７  リファレンス
８  全反射ミラー
９  ハーフミラー
１０  レーザ干渉計
１１  レーザ光
１２  干渉縞
【図１】
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【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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