(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる２以上の繊維方向を有する第１の炭素繊維織物を含んで構成されると共に、前記第１の炭素繊維織物が存在する部分に設けられた平滑部分と、前記第１の炭素繊維織物の目の部分に設けられた第１の窪み部とを有するハニカムコアと、
互いに異なる２以上の繊維方向を有する第２の炭素繊維織物を含んで構成され、前記ハニカムコアに接着されることで前記ハニカムコアを挟む一対の表皮と、
前記第１の窪み部の一部を充填する第１の樹脂層と、
前記第１の樹脂層と前記ハニカムコアとから構成される部分の表面露出領域を覆う第１の遮水膜と
を備え、
前記第１の窪み部には、前記第１の樹脂層よりも前記第１の窪み部の開口側の部分であって、かつ前記第１の樹脂層により充填されていない部分である第１の非充填部分が設けられ、
前記平滑部分の少なくとも一部は、前記第１の遮水膜により直接覆われており、
前記第１の非充填部分の深さをＤ１とし、前記第１の遮水膜の膜厚をｔ１とした場合、Ｄ１／ｔ１が２．０以上であり１０以下である
ハニカムサンドイッチ構造体。
【請求項２】
前記一対の表皮のそれぞれに設けられると共に、前記第２の炭素繊維織物の目の部分に設けられた第２の窪み部の一部を充填する第２の樹脂層と、
前記一対の表皮のそれぞれに設けられ、前記第２の樹脂層及び前記表皮とから構成される部分の表面露出領域を覆う第２の遮水膜と
を備え、
前記第２の窪み部には、前記第２の樹脂層よりも前記第２の窪み部の開口側の部分であって、かつ前記第２の樹脂層により充填されていない部分である第２の非充填部分が設けられる
請求項１に記載のハニカムサンドイッチ構造体。
【請求項３】
前記第２の非充填部分の深さをＤ２とし、
前記第２の遮水膜の膜厚をｔ２とした場合、
Ｄ２／ｔ２が０より大きく１０以下である
請求項２に記載のハニカムサンドイッチ構造体。
【請求項４】
前記ハニカムコアのセル幅をＷとし、
前記ハニカムコアの高さをＨとした場合、
Ｈ／Ｗが０より大きく２０以下である
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のハニカムサンドイッチ構造体。
【請求項５】
前記第１の遮水膜の引張弾性率、前記第１の遮水膜の熱膨張率、及び前記第１の遮水膜の膜厚を、それぞれＥｍ、αｍ、及びｔｍとした場合、
（Ｅｍ・αｍ・ｔｍ）が２．８（Ｐａ・ｍ／Ｋ）以下である
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のハニカムサンドイッチ構造体。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のハニカムサンドイッチ構造体の製造方法であって、
前記ハニカムコアの前記第１の窪み部の一部を前記第１の樹脂層により充填する第１の工程と、
前記第１の樹脂層と前記ハニカムコアとから構成される部分の表面露出領域を覆うように前記第１の遮水膜を形成する第２の工程と、
加圧下で加熱することで、前記一対の表皮を前記ハニカムコアに接着する第３の工程と
を備える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、ハニカムコアを有するハニカムサンドイッチ構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高解像度な衛星画像への需要の高まりに伴い、従来よりも高分解能な望遠鏡を搭載した観測衛星の開発が求められている。このような衛星においては、望遠鏡の分解能の向上には大型の鏡を搭載する必要があるため、大型の鏡を保持する望遠鏡構造体が必要となる。望遠鏡構造体には、観測衛星全体の重量制限があることから軽量性が要求されると共に、打ち上げ時にも大型の鏡を保持できるよう、高い剛性及び強度が要求される。また、地上において吸湿変形が小さい構造であることが求められる。地上にて吸湿した状態で望遠鏡構造体を打ち上げると、宇宙空間において吸湿した水分を排湿することで望遠鏡構造体が変形してしまうためである。なお、このような望遠鏡構造体の変形が生じることで、観測衛星で撮像する画像における画質が低下する。【０００３】
軽量で剛性が高い構造体として、ハニカムコアと、ハニカムコアの両端面に接着された二枚の表皮とを有するハニカムサンドイッチ構造体がある（例えば、特許文献１、参照。）。ハニカムサンドイッチ構造体を望遠鏡構造体として用いるためには、強度及び剛性をさらに高める必要がある。従って、このようなハニカムサンドイッチ構造体を構成する表皮及びハニカムコアの材料としては、特許文献１に記載の炭素繊維強化炭素複合材ではなく、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）を用いることが望ましい。【０００４】
また、ＣＦＲＰに関して吸湿変形を抑制する技術としては、ＣＦＲＰの繊維含有率及び繊維方向を調整することで吸湿係数を小さくする技術がある（例えば、特許文献２参照。）。【０００５】
部材表面からの吸湿を防止する一般的な手法として、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）膜等の遮水膜を部材の表面に形成するものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−６８４３７
【特許文献２】特開平４−５３７３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２では、吸湿係数を小さくできるもののＣＦＲＰの表面から吸湿を行ってしまい、吸湿変形を十分に抑制することはできないという問題があった。また、ＤＬＣ膜等の遮水膜を部材の表面に形成する技術については、この技術をＣＦＲＰに適用する際の問題点については考慮されていなかった。【０００８】
本発明は、上記のような事情を鑑みてなされたものであり、吸湿変形を十分に抑制できるハニカムサンドイッチ構造体及びその製造方法を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るハニカムサンドイッチ構造体は、互いに異なる２以上の繊維方向を有する第１の炭素繊維織物を含んで構成されると共に、第１の炭素繊維織物が存在する部分に設けられた平滑部分と、第１の炭素繊維織物の目の部分に設けられた第１の窪み部とを有するハニカムコアと、互いに異なる２以上の繊維方向を有する第２の炭素繊維織物を含んで構成され、ハニカムコアに接着されることでハニカムコアを挟む一対の表皮と、第１の窪み部の一部を充填する第１の樹脂層と、第１の樹脂層とハニカムコアとから構成される部分の表面露出領域を覆う第１の遮水膜とを備え、第１の窪み部には、第１の樹脂層よりも第１の窪み部の開口側の部分であって、かつ第１の樹脂層により充填されていない部分である第１の非充填部分が設けられ、平滑部分の少なくとも一部は、第１の遮水膜により直接覆われており、第１の非充填部分の深さをＤ１とし、第１の遮水膜の膜厚をｔ１とした場合、Ｄ１／ｔ１が２．０以上であり１０以下である。
【００１０】
本発明に係る請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のハニカムサンドイッチ構造体の製造方法は、ハニカムコアの第１の窪み部の一部を第１の樹脂層により充填する第１の工程と、第１の樹脂層とハニカムコアとから構成される部分の表面露出領域を覆うように第１の遮水膜を形成する第２の工程と、加圧下で加熱することで、一対の表皮をハニカムコアに接着する第３の工程とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るハニカムサンドイッチ構造体及びその製造方法にあっては、吸湿変形が十分に抑制できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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構成を示す斜視図である。
【図２】図１のハニカムコアの材料であるハニカムコア用プリプレグシートを第１の治具に敷設している状態を示す斜視図である。
【図３】図２の状態から、複数の中子を介しながら、ハニカムコア用プリプレグシートを第１の治具にさらに重ねていくことで形成される積層体に、第２の治具を重ねたときの状態を、Ｚ軸方向からみたときの正面断面図である。
【図４】図１に示すハニカムサンドイッチ構造体の表皮表面を示す拡大図である。
【図５】表皮表面を構成する面（Ｘ−Ｙ平面）に直交するように切断した場合における図４に示すＡ−Ａ位置の断面図である。
【図６】プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によるＤＬＣ膜の成膜方法を説明する図である。
【図７】ハニカムコアの表面の拡大図である。
【図８】ハニカムコアの表面を構成する面（Ｚ−Ｘ平面）に直交するように切断した場合における図７のＢ−Ｂ位置の断面図を示すものである。
【図９】ハニカムコアの表面におけるＤＬＣ膜を形成する方法を説明する図である。
【図１０】ＤＬＣ膜の膜厚ｔに対する非充填部分の深さＤの割合と、吸湿ひずみεとの関係を示すプロット図である。
【図１１】表皮又はハニカムコアの表面での窪み部周辺の断面図の一例である。
【図１２】図１１に示した表皮（ハニカムコア）の断面写真である。
【図１３】表皮又はハニカムコアの表面での窪み部周辺の断面図の一例である。
【図１４】図１３に示した表皮（ハニカムコア）の断面写真である。
【図１５】窪み部の側面に成膜されない領域が発生する原理を説明する説明図である。
【図１６】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吸湿ひずみεを測定するための測定系の構成を示す断面図である。
【図１７】図１６の平面ミラー及び平面ハーフミラー付近の拡大図である。
【図１８】図１６の平面ミラー及び平面ハーフミラー付近の拡大図である。
【図１９】本実施の形態２に係るハニカムコアを構成する六角形のセルを１つだけ抜き出した図である。
【図２０】高さＨ及びセル幅Ｗをそれぞれ変化させることで、ハニカムサンドイッチ構造体１の吸湿ひずみεを測定し、測定結果を図中の対応する位置にプロットした図である。
【図２１】図１９におけるＣ−Ｃ位置における断面図である。
【図２２】成膜された遮水膜の複数の特性値の積と、遮水膜が形成されることによるハニカムコアの熱膨張率の変化Δαとの関係を示す測定図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明によるハニカムサンドイッチ構造体及びその製造方法を、図１〜図２２を用いて説明する。なお、各図の説明においては、同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、本発明によるハニカムサンドイッチ構造体の用途としては、例えば、航空宇宙用が挙げられる。
【００１４】
実施の形態１．
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１の構成を示す斜視図である。図１において、ハニカムサンドイッチ構造体１は、ハニカムコア３と、このハニカムコア３の高さ方向の両端面にそれぞれ接着される一対の表皮２を有する。表皮２及びハニカムコア３の材料としては、異なる２以上の繊維方向を有する炭素繊維織物を含むＣＦＲＰ（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）である。ハニカムコア３は、六角形の同一の立体図形（セル）を隙間なく並べた構造体である。
【００１５】
以下では、ハニカムサンドイッチ構造体１の面外方向をＺ軸方向とする。なお、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は互いに直交し、Ｚ軸方向はＸ軸方向及びＹ軸方向と直交する。表皮２及びハニカムコア３のそれぞれに含まれる炭素繊維の繊維方向の方向を示すために、表皮２では、０度方向をＸ軸方向とし、９０度方向をＹ軸方向とし、ハニカムコア３では、０度方向をＺ軸方向とし、９０度方向を−Ｘ軸方向とする。ハニカムコア３のリボン方向はＸ軸方向、ハニカムコア３のセル幅方向はＹ軸方向に対応する。
【００１６】
一対の表皮２におけるそれぞれの表面に、熱硬化性のシート状接着剤４を敷設し、シート状接着剤４が敷設された一対の表皮２の一方の表面上にハニカムコア３を設置する。続いて、ハニカムコア３の上に、シート状接着剤４が敷設された一対の表皮２の他方を被せる。その後、加圧下で加熱することでシート状接着剤４を硬化させて、ハニカムサンドイッチ構造体１を作製する。すなわち、一対の表皮２はハニカムコア３に接着されることでハニカムコア３を挟むように構成される。なお、本実施の形態では表皮２及びハニカムコア３には、詳細は後述するが、吸湿変形を防止するために、遮水膜及び樹脂層が設けられる。
【００１７】
ここで、ハニカムサンドイッチ構造体１の表皮２の製造方法の一例について説明する。まず、例えば、高弾性炭素繊維Ｍ６０Ｊ（東レ製）の複数の束について、２方向の繊維方向を有するように配置する。続いて、一方の繊維方向と他方の繊維方向とが互いに例えば直交するように編み込むことで、２方向の繊維方向を有する炭素繊維織物５ａ（図４に図示）を作製する。続いて、この炭素繊維織物にシアネート樹脂ＥＸ１５１５（ＴＥＮＣＡＴＥ製）を含浸させて、表皮用プリプレグシートを作製する。複数枚の表皮用プリプレグシートを順次積み重ねることで、表皮用プリプレグシートの積層体を作製する。続いて、この表皮用プリプレグシートの積層体を例えば３気圧程度の加圧環境下において例えば１２０℃から１８０℃程度で加熱する。加熱することで、表皮用プリプレグシートの積層体に含まれる樹脂が硬化して表皮２が作製される。
【００１８】
表皮用プリプレグシートの積層体を作製する方法の一例を説明する。表皮２は、表皮表面と平行な全ての方向について、熱膨張係数、引張弾性率等の等の性質をほぼ等しくする（擬似等方性を有する）ことが望ましい。そこで、表皮２が擬似等方性を有するように、表皮用プリプレグシートをその配置方向を変えて複数枚積層させる。具体的には、最初の一枚を置いたプリプレグシートの一方の繊維方向を基準としてこれを０度とし、０度、６０度、−６０度、−６０度、６０度、０度の順で６枚重ねる。なお、０度、４５度、−４５度、９０度、９０度、−４５度、４５度、０度の順で８枚重ねてもよい。このように表皮用プリプレグシートを重ねることで形成される積層体を硬化させることで作製されたＣＦＲＰからなる表皮２は、上述した擬似等方性を有する。なお、表皮用プリプレグシートの積層枚数及び積層方法は上述の例に限るものではない。
【００１９】
なお、表皮２を構成する高弾性炭素繊維Ｍ６０Ｊの集合体に含浸されたシアネート樹脂ＥＸ１５１５が接着剤として機能する場合、シート状接着剤４を用いずに、一対の表皮２の一方、ハニカムコア３、一対の表皮２の他方の順に重ねて、加圧下で加熱することで、ハニカムサンドイッチ構造体１を作製してもよい。また、表皮２の材料は、上述した２つの繊維方向を有する炭素繊維織物によるプリプレグシートに限るものではない。すなわち、炭素繊維織物は２つの繊維方向のなす角が９０度以外の角度となるように構成されたものであってもよい。また、３つの繊維方向を有する炭素繊維織物を用いてもよい。ここで、プリプレグシートは、３つの繊維方向のなす角が互いに６０度となるように構成するのが望ましい。さらに、３方向以上の繊維方向を有する炭素繊維織物を含むプリプレグシートを用いてもよいことは言うまでもない。
【００２０】
次に、図２及び図３を用いて、ハニカムサンドイッチ構造体１のハニカムコア３を製造する方法の一例を説明する。図２は、図１のハニカムコア３の材料であるハニカムコア用プリプレグシート９を第１の治具１０に敷設している状態を示す斜視図である。なお、図中、治具座標系も併せて図示しており、この座標系では第１の治具１０の突起１１の短手方向及び長手方向が、それぞれＸ軸方向及びＺ軸方向に相当する。なお、治具座標系におけるＸ軸方向及びＺ軸方向は、図１におけるＸ軸方向及びＺ軸方向と一致する。図３は、図２の状態から、複数の中子１２を介しながら、ハニカムコア用プリプレグシート９を第１の治具１０にさらに重ねていくことで形成される積層体に、第２の治具１３を重ねたときの状態を、Ｚ軸方向からみたときの正面断面図である。
【００２１】
まず、例えば、高弾性炭素繊維ＹＳ８０Ａ（日本グラファイトファイバー製）を用いて、上述の表皮用プリプレグシートと同様に、２つの繊維方向を有する繊維織物を作成する。その後、２つの繊維方向を有する繊維織物を、シアネート樹脂ＮＭ−３１（ＪＸ日鉱日石エネルギー製）に含浸させて、互いに直交する二つの繊維方向を有するハニカムコア用プリプレグシート９（以降では、単に「プリプレグシート９」と記載する場合あり。）を作製する。
【００２２】
続いて、第１の治具１０、複数の中子１２及び第２の治具１３を用いて、プリプレグシート９を、ハニカムコア３の形状に成形する。第１の治具１０は、互いに平行に並んで形成された半六角柱形状の複数の突起１１を有する定盤である。複数の中子１２のそれぞれは、六角柱形状となっている。第２の治具１３は、第１の治具１０と同様に、互いに平行に並んで形成された半六角柱形状の複数の突起１４を有する。
【００２３】
具体的には、図２に示すように、プリプレグシート９を第１の治具１０の形状に合わせて敷設し、その後、複数の中子１２を１つずつ、隣り合う突起１１の間の溝の位置に重ねる。続いて、複数の中子１２が重ねられた第１の治具１０の形状に合わせてプリプレグシート９を敷設し、その後、複数の中子１２を１つずつ、突起１１の位置に重ねる。このように、プリプレグシート９と複数の中子１２とを重ねる工程を複数回繰り返した後、第１の治具１０と対をなす第２の治具１３を、複数の中子１２が重ねられた第１の治具１０の形状に合わせて重ねると、図３に示す状態となる。
【００２４】
続いて、図３に示す状態において、加圧環境下で加熱することで積層体を硬化させた後、複数の中子１２を抜き取ることで、ハニカムコア３が作製される。
ハニカムコア用プリプレグシートの積層体を作製する方法の一例を説明する。ハニカムコア用プリプレグシートを２枚用いて、その積層体を作製する。ハニカムコア３は、表皮２と同様に、その表面を構成する面において、擬似等方性を有することが望ましい。そこで、０度方向をＺ軸方向として９０度方向をＸ軸方向とした場合、２枚のハニカムコア用プリプレグシートを以下のとおり配置することが望ましい。１枚目については、炭素繊維織物が有する２つの繊維方向がそれぞれ２２．５度及び１１２．５度の方向（以下、「（２２．５度／１１２．５度）」等と表記する場合あり。）となるように配置する。２枚目ついては、（６７．５度／−２２．５度）となる位置にそれぞれ配置する。なお、ハニカムコア用プリプレグシートの積層枚数及び積層方法は上述の例に限るものではない。
【００２５】
図４及び図５を用いて表皮２における表面加工を説明する。図４はハニカムサンドイッチ構造体１における表皮２の表面を示す拡大図である。図５は、表皮表面を構成する面（Ｘ−Ｙ平面）に直交するように切断した場合における図４に示すＡ−Ａ位置の断面図である。
【００２６】
図４に図示した炭素繊維織物５ａでは、図５に示すとおり、炭素繊維が存在する部分が表皮２の平滑部分となり、炭素繊維が存在しない部分すなわち目の部分が表皮２の窪み部６ａとなる。換言すると、窪み部６ａは、互いに異なる２つの繊維方向を有する炭素繊維織物５ａにおける目の部分に設けられ、表皮２の平滑部分に対して凹形状に形成された部分である。
【００２７】
図５に示すように樹脂層８ａを窪み部６ａの下部に設けることで、窪み部６ａの下部には樹脂層８ａにより充填された部分である充填部分６０ａが設けられる。さらに、窪み部６ａには、樹脂層８ａにより充填されない部分である非充填部分６１ａが、充填部分６０ａよりも上方に設けられる。
【００２８】
なお、炭素繊維織物５ａを図５と異なる向きに配置してもよい。この場合、非充填部分６１ａは、樹脂層８ａよりも窪み部６ａの開口側の部分であって、かつ樹脂層８ａにより充填されていない部分に設けられていればよく、換言すると窪み部６ａでの凹形状の向きにおいて樹脂層８ａ（充填部分６０ａ）よりも表皮２の平滑部分に近い位置に設けられていればよい。ここで、窪み部６ａでの凹形状の向きは、表皮２の面外方向であって表皮２の内部に向かう向きであり、図４及び図５の場合を例に挙げると（−Ｚ軸）方向である。
【００２９】
さらに、樹脂層８ａ及び表皮２を外側から覆うように、水分を透過及び吸収しない遮水膜７ａが形成される。換言すると、遮水膜７ａは、樹脂層８ａとハニカムコア３とから構成される部分の表面露出領域を覆う。ここで、表面露出領域とは、表皮２の平滑部分の表面と、樹脂層８ａの表面と、表皮２の非充填部分６１ａの側面とから構成される領域である。
【００３０】
なお、窪み部６ａの断面形状が長方形である場合を例示しているが、その断面形状は四角形、三角形等でもよく、また任意の形状であってもよい。
【００３１】
遮水膜７ａは、例えば、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）膜である。ＤＬＣ膜は炭化水素あるいは炭素の同素体からなる非晶質の硬質膜である。なお、以下では遮水膜７ａはＤＬＣ膜であるとして説明するが、遮水膜７ａは遮水性を有する膜であればいずれの部材から構成されていてもよい。樹脂層８ａは、例えば、シアネート樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性の樹脂により構成される。
【００３２】
ここで、表皮２の表面加工を行う工程を説明する。まず、表皮用プリプレグシートを加熱することで得られた表皮２を準備する。次に、この表皮２の窪み部６ａの一部を樹脂層８ａにより充填する。最後に、樹脂層８ａ及び窪み部６ａの非充填部分６１ａを覆うようにＤＬＣ膜７ａを形成する。
【００３３】
窪み部６ａの一部を樹脂層８ａにより充填する方法をより詳細に説明する。まず、表皮２の表面に液状の樹脂を塗布して加圧する。半硬化した樹脂フィルムを積層して加熱しながら加圧することで樹脂を表皮２の表面に塗布してもよい。次に、６気圧程度の加圧環境及び真空環境下で、不織布等のブリーダークロスを用いて、窪み部６ａにおける非充填部分６１ａの深さＤを例えばＤＬＣ膜７の膜厚ｔの０倍より大きく１０倍以下となるように、余分な樹脂を取り除く。最後に、樹脂を加熱させることで、窪み部６ａに樹脂層８ａが設けられる。
【００３４】
図６を用いて、ＤＬＣ膜７ａを形成する方法を詳細に説明する。図６は、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によるＤＬＣ膜７ａの成膜方法を説明する図である。図６に示すとおり、窪み部６ａの一部を樹脂層８ａにより充填した後、チャンバー内で炭化水素（ＤＬＣ膜原料）１５をプラズマ化して表皮２へ蒸着させる。このように蒸着を行うことで、表皮２の窪み部６ａの非充填部分６１ａと表皮２の表面とにＤＬＣ膜７ａが形成される。なお、プラズマＣＶＤ法の代わりに、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いてもよい。ＰＶＤ法は、真空中でイオンビーム、アーク放電等に曝すことによって黒鉛等の膜原料を飛散させることで、表面に成膜させる方法である。
【００３５】
本実施の形態では、ＤＬＣ膜７ａが成膜されにくい領域である窪み部６ａの充填部分６０ａの領域を樹脂層８ａにより埋め、表皮２及び非充填部分６１ａの側面にＤＬＣ膜７ａを形成させることで、ＤＬＣ膜７ａが形成されない領域を低減することができる。
【００３６】
図７、図８、及び図９を用いてハニカムコア３の表面加工を説明する。図７は、ハニカムコア３の表面の拡大図である。図８はハニカムコア３の表面を構成する面（Ｚ−Ｘ平面）に直交するように切断した場合における図７のＢ−Ｂ位置の断面図である。ハニカムコア３を構成するＣＦＲＰに含まれる炭素繊維織物５ｂの目の部分には、表皮２の表面と同様に、窪み部６ｂが設けられる。
【００３７】
図８に示すとおり窪み部６ｂの下部を樹脂層８ｂにより充填することで、窪み部６ｂの下部には樹脂層８ｂにより充填された部分である充填部分６０ｂが設けられる。さらに、窪み部６ｂには、樹脂層８ｂにより充填されない部分である非充填部分６１ｂが、充填部分６０ｂよりも上方に設けられる。
【００３８】
なお、炭素繊維織物５ｂを図７及び図８と異なる向きに配置してもよい。この場合、非充填部分６１ｂは、樹脂層８ｂよりも窪み部６ｂの開口側の部分であって、かつ樹脂層８ｂにより充填されていない部分に設けられていればよく、換言すると窪み部６ｂでの凹形状の向きにおいて樹脂層８ｂ（充填部分６０ｂ）よりもハニカムコア３の平滑部分に近い位置に設けられていればよい。ここで、窪み部６ｂでの凹形状の向きは、表皮２の窪み部６ａと同様に、ハニカムコア３の面外方向であってハニカムコア３の内部に向かう向きである。窪み部６ｂでの凹形状の向きは、例えば図７及び図８においては（＋Ｙ）軸方向である。
【００３９】
さらに、樹脂層８ｂ及びハニカムコア３を外側から覆うように、水分を透過及び吸収しない遮水膜７ｂが形成される。換言すると、遮水膜７ｂは、遮水膜７ａと同様に、樹脂層８ｂとハニカムコア３とから構成される部分の表面露出領域を覆う。ここで、表面露出領域とは、ハニカムコア３の平滑部分の表面と、樹脂層８ｂの表面と、ハニカムコア３の非充填部分６１ｂの側面とから構成される領域である。遮水膜７ｂは、ＤＬＣ膜であるとして説明するが、これ以外の部材で構成されていてもよい。ハニカムコア３に上述の表面加工を行う方法は、上述の表皮２の場合と同様であるので、その説明は繰り返さない。
【００４０】
なお、ハニカムコア３の窪み部６ｂ、ハニカムコア３に形成される遮水膜７ｂ、及びハニカムコア３に形成される樹脂層８ｂは、それぞれ第１の窪み部、第１の遮水膜、及び第１の樹脂層に対応する。
【００４１】
また、表皮２の窪み部６ａ、表皮２に形成される遮水膜７ａ、及び表皮２に形成される樹脂層８ａは、それぞれ第２の窪み部、第２の遮水膜、及び第２の樹脂層に対応する。
【００４２】
表皮２及びハニカムコア３のいずれに関係する構成であるかを区別するために、上述の説明における窪み部、ＤＬＣ膜、及び樹脂層については、それぞれの符号を変えて表記していた（例えば、「窪み部６ａ」、「窪み部６ｂ」等）。しかし、両構成を区別する必要がない場合は、単に「窪み部６」、「ＤＬＣ膜７」、及び「樹脂層８」と表記する場合がある。また、充填部分６０ａ（６０ｂ）及び非充填部分６１ａ（６１ｂ）についても上述の構成と同様に、「充填部分６０」及び「非充填部分６１」と表記する場合がある。
【００４３】
図９は、ハニカムコア３の表面におけるＤＬＣ膜７ｂを形成する方法を説明する図であり、ハニカムコア３を構成する六角形のセルを１つだけ抜き出した図である。図中、ハニカムコア３のＺ方向の高さをＨとし、Ｙ方向における六角形の長さをセル幅Ｗとする。図６に示した表皮２と同様に、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、ＤＬＣ膜原料１５をハニカムコア３表面に蒸着させることで、ハニカムコア３の表面にＤＬＣ膜７ｂを形成する。なお、プラズマＣＶＤ法の代わりに、ＰＶＤ法を用いてもよい。
【００４４】
図１０から図１５を用いて、本発明の実施の形態の効果を説明する。図１０は、ＤＬＣ膜７の膜厚ｔに対する非充填部分６１の深さＤの割合と、吸湿変形の大きさを示す吸湿ひずみεとの関係を示すプロット図である。図中、縦軸は割合Ｄ／ｔを示し、横軸は、ハニカムサンドイッチ構造体１の面外方向における吸湿ひずみεを示す。すなわち、図１０はＤＬＣ膜７の膜厚ｔ及び窪み６の深さＤをそれぞれ変化させることで、ハニカムサンドイッチ構造体１の吸湿ひずみεを測定し、各測定結果を図中の対応する位置にプロットした図である。なお、吸湿ひずみεは、図１６〜図１８にて後述する測定系を用いて測定される。吸湿ひずみεは、吸湿後のハニカムサンドイッチ構造体１の高さと、吸湿前のハニカムサンドイッチ構造体１の高さとの差を、吸湿前のハニカムサンドイッチ構造体１の高さで除した値である。
【００４５】
図１０を説明するにあたり、以下に測定に使用したハニカムサンドイッチ構造体１の寸法についてまとめて説明する。表皮２は、その厚さが０．２０ｍｍであり、シート状接着剤４は、その厚さが０．０６ｍｍである。また、ハニカムコア３は、Ｘ−Ｙ平面の断面における厚さＴｈが０．２０ｍｍである。さらに、セル幅Ｗが３／８インチ、高さＨが２５０ｍｍである。
【００４６】
なお、図１０に示すとおり、割合Ｄ／ｔが０より大きく１０以下の範囲では、ハニカムサンドイッチ構造体１での吸湿前後における変形量の大きさを示す吸湿ひずみεは、０．９０ｐｐｍ（ｐａｒｔｓ  ｐｅｒ  ｍｉｌｌｉｏｎ：百万分の１）を維持できていることがわかる。これは、窪み部６における非充填部分６１の深さＤをＤＬＣ膜７の膜厚ｔの０倍より大きく１０倍以下にすることで、ＤＬＣ膜原料１５が窪み部６の側面に成膜されない領域の発生を抑制する効果があることを示している。図１０に示すとおり、割合Ｄ／ｔが１０を超えると、吸湿ひずみεが増加し始める。これは、ＤＬＣ膜７が成膜されない部分が窪み６の側面にて発生するためである。Ｄ／ｔが約１２になると、ＤＬＣ膜７が成膜されない部分の面積が大きくなり、吸湿ひずみεが８ｐｐｍまで増加する。
【００４７】
また、鋭意検討の結果、２以上の繊維方向を有する炭素繊維織物を含むＣＦＲＰに対して、窪み部の深さによっては、窪み部の側面に遮水膜が形成されない部分が生じ、結果的に吸湿変形が増加してしまうという問題が生じることを突き止めた。
図１１は、表皮２又はハニカムコア３の表面での窪み部６周辺の断面図の一例を示し、特に割合Ｄ／ｔが０.０１である場合の例を示す。図１２は、図１１に示した表皮２（ハニカムコア３）の断面写真である。図１１及び図１２に示す通り、ＤＬＣ膜７が形成されていない領域が、表皮２（ハニカムコア３）において発生していない。
【００４８】
ここで、窪み部６を樹脂層８により充填しない比較例について、窪み部６周辺を説明する。図１３は、表皮２又はハニカムコア３の表面での窪み部６周辺の断面図の一例を示すものであり、窪み部６を樹脂層８により充填しない場合の比較例を示す。図１４は、図１３に示した表皮２（ハニカムコア３）の断面写真である。図１４に示すとおり、窪み部６にはＤＬＣ膜７が形成されていない領域が大きく形成される。
【００４９】
図１５は、窪み部６の側面に成膜されない領域が発生する原理を説明する説明図である。すなわち、プラズマＣＶＤ法などでＤＬＣ膜７を形成する場合に、本実施の形態とは異なり、窪み部６を樹脂層８により充填しない場合を考える。この場合、窪み部６の深さが必要以上に深くなることで、窪み部６の下部では、ＤＬＣ膜原料１５が衝突しにくくなる。これにより、ＤＬＣ膜７が形成されない領域が増大する。
【００５０】
一方、本実施の形態では、ＣＦＲＰ製の表皮２及びハニカムコア３に形成された窪み部６の一部に樹脂層８を設けることで、表皮２及びハニカムコア３の窪み部６において、ＤＬＣ膜７が形成されやすい構造とすることができる。これにより、吸湿変形を抑制する効果を得ることができる。
【００５１】
図１６〜図１８を用いて、図１０に示す測定データを測定した測定系を説明する。図１６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１の吸湿ひずみεを測定するための測定系の構成を示す断面図である。吸湿ひずみ測定系１６は、恒温恒湿槽１７とレーザ干渉計１８と、試験片支持構造１９とから構成される。
【００５２】
試験片支持構造１９は、試験片２０と、吸湿ひずみを生じない基準材料２１を平面ミラー２２と固定用平面ミラー２３で挟み込んだ構成になっており、平面ミラー２２とレーザ干渉計１８との間には平面ハーフミラー２４がある。平面ハーフミラー２４は、レーザ干渉計１８からの入射光２５を透過及び反射し、平面ミラー２２と平面ハーフミラー２４は、スプリング２６を介して接続されている。試験片支持構造１９は、除震台２７の上に固定されている。なお、本実施の形態では、測定する対象としての試験片２０はハニカムサンドイッチ構造体１となるが、以下では単に試験片２０として説明する。ハニカムサンドイッチ構造体１の吸湿ひずみεを測定する代わりに、ハニカムサンドイッチ構造体１の構成部材（表皮２、ハニカムコア３、及びシート状接着剤４等）それぞれの吸湿ひずみεを測定し、構成部材それぞれの測定結果に基づいて、ハニカムサンドイッチ構造体１の吸湿ひずみεを算出してもよい。
【００５３】
図１７及び図１８は、図１６の平面ミラー２２及び平面ハーフミラー２４付近の拡大図である。図１７は、試験片２０が吸湿によって変形する前（吸湿変形前）の図であり、図１８は、試験片２０が吸湿によって変形した後（吸湿変形後）の図である。恒温恒湿槽１７の湿度を変化させることで、試験片２０が吸湿する際の変形量を測定する。詳細には、吸湿によって試験片２０が膨張することで、その長さが変化し、基準材料２１の長さとの差が生じる。この試験片２０と基準材料２１の長さの差が生じると、平面ハーフミラー２４に対する平面ミラー２２の傾斜角が変化する。
【００５４】
図１７のように、レーザ干渉計１８から発振された入射光２５は、平面ハーフミラー２４で透過光と反射光２８に分割され、透過光は平面ミラー２２で反射光２９となる。反射光２８及び２９は、レーザ干渉計１８に入り、レーザ干渉計１８内部で干渉縞を形成する。
【００５５】
図１８のように、吸湿によって試験片２０の長さが長く（又は短く）なると、平面ミラー２２と平面ハーフミラー２４とのなす角が大きく（又は小さく）なる。その結果、平面ミラー２２での反射光２９と平面ハーフミラー２４での反射光２８との光路差が、試験片２０の吸湿変形前と比べて長く（又は短く）なることで、レーザ干渉計１８での干渉縞に変化が生じる。これにより、予め取得した干渉縞の変化量と試験片２０の変位量とに基づき、試験片２０の吸湿による変位量を算出することができる。
【００５６】
また、本実施の形態では、表皮２に含まれる炭素繊維と樹脂の組合せとして、引張弾性率が約５８８ＧＰａの高弾性炭素繊維Ｍ６０Ｊとシアネート樹脂ＥＸ１５を用いた場合を例に挙げて説明したが、上述した構成以外の組合せによって、表皮２を構成してもよい。また、ハニカムコア３に含まれる炭素繊維と樹脂の組合せとして、引張弾性率が約７８５ＧＰａの高弾性炭素繊維ＹＳ８０Ａとシアネート樹脂ＮＭ−３１を用いた場合を例に挙げて説明したが、上述した構成以外の組合せによってハニカムコア３を構成してもよい。
【００５７】
本実施の形態では、樹脂層により充填された充填部分と樹脂層により充填されない非充填部分を窪み部に設けることで、ＤＬＣ膜が形成されない領域を低減できるため、吸湿変形が抑制できる。さらに、割合Ｄ／ｔが０より大きく１０以下となるようにＤＬＣ膜等の遮水膜及び樹脂層を構成することで、遮水膜が形成されない領域がなくなるため、吸湿変形を一層低減することができる。さらに、本実施の形態では表皮及びハニカムコアの両方での窪み部の一部を樹脂層により充填したが、両構成のいずれか一方を樹脂層により充填する構成であってもよい。
【００５８】
本実施の形態との比較例として、ＣＦＲＰの窪み部及び表面全体を覆うように樹脂層を充填した上で、この樹脂層上から遮水膜を形成する構成が考えられる。この比較例を用いた場合、遮水膜が表面に形成されるため、吸湿変形が抑制できる。しかしながら、窪み部及び表面全体を覆う樹脂層を設けているため、炭素繊維に対する樹脂の割合が増加することで、熱膨張率が大きくなるという問題がある。一方、本実施の形態では、窪み部６に、樹脂層により充填された充填部分、及び樹脂層により充填されない非充填部分を設けることで、ハニカムサンドイッチ構造体における熱膨張率の増大を抑制でき、熱的な寸法安定性を高くすることができる。
【００５９】
上述の構成により、本実施の形態に係るハニカムサンドイッチ構造体は、遮水膜が形成されやすい構造を有することにより吸湿変形が抑制できるという効果がある。
【００６０】
実施の形態２．
図１９、図２０、及び図２１を用いて、本発明の実施の形態２に係るハニカムサンドイッチ構造体を説明する。図１９は、本実施の形態２に係るハニカムコアを構成する六角形のセルを１つだけ抜き出した図である。
【００６１】
図２０は、ハニカムサンドイッチ構造体に係る、ハニカムコアの寸法と吸湿ひずみεとの関係を示すプロット図である。図中、縦軸はハニカムコア３の高さＨとセル幅Ｗとの割合Ｈ／Ｗを示す。横軸は吸湿ひずみεを示す。すなわち、図２０は高さＨ及びセル幅Ｗをそれぞれ変化させることで、ハニカムサンドイッチ構造体１の吸湿ひずみεを測定し、測定結果を図中の対応する位置にプロットした図である。図２１は、図１９におけるＣ−Ｃ位置における断面図を示す図であり、ハニカムコア３の側壁の一部分にてＤＬＣ膜７が形成されない例を示している。
【００６２】
図２０に示すとおり、高さＨとセル幅Ｗとの割合Ｈ／Ｗが２０以下の値であれば、吸湿ひずみεは０．９０ｐｐｍで一定である。一方、Ｈ／Ｗが２０より大きくなると、図２１に示すとおり、ハニカムコア３の高さ方向の中央部分にＤＬＣ膜７が成膜されない領域が発生し始める。結果として、吸湿ひずみεが急激に増加し始める。Ｈ／Ｗが約２１になると、吸湿ひずみεは８ｐｐｍまで増加する。
【００６３】
なお、ハニカムコア３のセル幅Ｗを３／８インチから１／４インチに変化させても、図２０に示したプロット図と同様の測定結果が得られた。
【００６４】
上述の構成により、本実施の形態に係るハニカムサンドイッチ構造体は、実施の形態１の効果に加え、ハニカムコアの側壁において遮水膜が形成されない箇所の発生を一層抑制するという効果を有する。
【００６５】
実施の形態３．
ハニカムサンドイッチ構造体１には、吸湿による変形を抑える効果に加えて、熱的な寸法安定性も要求されるため、遮水膜を形成しても熱膨張率が変化しないことが望ましい。そのため、ＤＬＣ膜等の遮水膜７ｂを形成しても、遮水膜７ｂを形成する前と比較して、ハニカムコア３の熱膨張率の変化Δαを小さくする必要がある。
【００６６】
そこで、本実施の形態では、図２２を用いて、実施の形態１にて使用したハニカムコア３について、熱膨張率の変化Δαを小さくするための遮水膜７ｂの特性を導出する。図２２は、成膜された遮水膜７ｂの複数の特性値の積と、遮水膜７ｂが形成されることによるハニカムコア３の熱膨張率の変化Δαとの関係を示す測定図である。縦軸は、熱膨張率の変化Δα（ｐｐｍ／Ｋ）であり、横軸は引張弾性率Ｅｍ、熱膨張率αｍ、及び膜厚ｔｍの積である。
【００６７】
なお、図中（Ａ）は成膜していない場合の測定値である。（Ｂ）〜（Ｅ）は、測定に使用した遮水膜それぞれにおける測定値を示している。
【００６８】
図２２において、測定対象としてのハニカムコア３は、その引張弾性率Ｅが１３８ＧＰａであり、その熱膨張率αが−０．７１（ｐｐｍ／Ｋ）であり、ハニカムコア３の厚みＴｈが０．２０ｍｍである。
【００６９】
熱膨張率の変化Δαは、−０．１（ｐｐｍ／Ｋ）以上、＋０．１（ｐｐｍ／Ｋ）以下の範囲内の値（以下、「±０．１（ｐｐｍ／Ｋ）の範囲」と表記する場合あり。）であることが望ましい。測定対象のハニカムコア３において、熱膨張率の変化Δαを±０．１（ｐｐｍ／Ｋ）の範囲内とするためには、図２２より（Ｅｍ・αｍ・ｔｍ）が２．８（Ｐａ・ｍ／Ｋ）以下であればよいことがわかる。換言すると、上述の関係式を満たすような遮水膜を用いればＤＬＣ膜以外にも、熱膨張率Δαを±０．１（ｐｐｍ／Ｋ）の範囲とすることができる。また、図２２に示した遮水膜とは別の遮水膜ついても、引張弾性率Ｅｍ、熱膨張率αｍ、及び膜厚ｔｍの値が得られれば、熱膨張率Δαを±０．１（ｐｐｍ／Ｋ）の範囲となるか否かを容易に判断できる。これにより、複数の遮水膜の中から適切な遮水膜を選択する際に必要となる作業数が低減できる。
【００７０】
なお、図２２における熱膨張率の変化Δαを算出するには、図１６〜図１８にて説明した測定原理と同様の測定原理が用いられる。すなわち、本実施の形態では、恒温恒湿槽１７において、温度を変化させることでハニカムコア３の熱膨張率の変化を測定した。
【００７１】
上述の構成により、本実施の形態に係るハニカムサンドイッチ構造体は、本実施の形態１の効果に加え、熱膨張率の変化が小さい遮水膜を容易に選択できるという効果を有する。
【符号の説明】
【００７２】
１  ハニカムサンドイッチ構造体
２  表皮
３  ハニカムコア
６ａ  窪み部（第２の窪み部）
６ｂ  窪み部（第１の窪み部）
６０  充填部分
６１  非充填部分
７ａ  ＤＬＣ膜（第２の遮水膜）
７ｂ  ＤＬＣ膜（第１の遮水膜）
８ａ  樹脂層（第２の樹脂層）
８ｂ  樹脂層（第１の樹脂層）
【要約】
吸湿変形を十分に抑制できるハニカムサンドイッチ構造体及びその製造方法を提供する。ハニカムサンドイッチ構造体（１）は、炭素繊維織物の目の部分に窪み部（６ｂ）を有するハニカムコア（３）と、一対の表皮と、窪み部（６ｂ）の一部を充填する樹脂層（８ｂ）と、樹脂層（８ｂ）とハニカムコア（３）とから構成される部分の表面露出領域を覆う遮水膜（７ｂ）とを備え、窪み部（６ｂ）には、窪み部（６ｂ）の開口側の部分であって、かつ樹脂層（８ｂ）により充填されていない部分である非充填部分（６１ｂ）が設けられる。【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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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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