(57)【要約】【課題】レジントランスファーモールディング法を採用しながらも軽量化を図ることができる複合材料の芯体を提供すること。【解決手段】芯体１３は、レジントランスファーモールディング法でサンドイッチパネル１１を製造する際に用いられ、ハニカム構造体１４を有する。ハニカム構造体１４の各セル１４ａ内には独立気泡状の発泡体１５が充填されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス樹脂を用い、レジントランスファーモールディング法で複合材料を製造する際に用いられるとともにハニカム構造体を有する複合材料の芯体であって、
前記ハニカム構造体の各セル内に、少なくとも外側は気泡が独立に形成された独立気泡状である発泡体が充填されてなる複合材料の芯体。
【請求項２】
前記ハニカム構造体における前記セルの開口端には繊維束の集合体であるスキン材が一体化され、前記発泡体は、少なくとも前記スキン材に対向する端面が前記独立気泡状に形成されている請求項１に記載の複合材料の芯体。
【請求項３】
前記発泡体は、中央ほど前記気泡が粗に形成されるとともに、中央から表面側ほど前記気泡が密に形成されている請求項１又は請求項２に記載の複合材料の芯体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム構造体を有する複合材料の芯体に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機、船舶等の輸送機器分野では、高い剛性を持ち、かつ軽い材料として、中空部に芯体を設けた複合材料が用いられている。この複合材料としては、例えば、上下一対のスキン材（例えば、繊維強化織物の積層体）の間に、芯体としてのハニカム構造体を介在させたもの（サンドイッチパネル）がある（例えば、特許文献１参照）。このようなサンドイッチパネルにおいて、ハニカム構造体をスキン材に一体化する方法としては、オートクレーブ成形がある。このオートクレーブ成形は、ハニカム構造体と、スキン材を形成するためのプリプレグとの間に、熱硬化性樹脂の接着層を介在させ、オートクレーブにより、プリプレグを熱硬化させて繊維強化複合材製のスキン材を形成するのと同時にハニカム構造体と一体化させる。
【０００３】
しかし、プリプレグをオートクレーブで加熱・加圧して、スキン材とハニカム構造体とを一体化させてサンドイッチパネルを製造する方法においては、高価なオートクレーブが必要であり、また、加圧時にハニカム構造体が損傷する虞がある。
【０００４】
そこで、オートクレーブ成形以外の方法で、複合材料を製造する方法として、レジントランスファーモールディング法（ＲＴＭ法）がある。このＲＴＭ法では、成形型内に繊維材料製のスキン材と、ハニカム構造体を配置し、成形型内に樹脂を注入してスキン材に樹脂を含浸させて複合化することで、複合材料が製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２８９６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、ＲＴＭ法で複合材料を製造する場合、注入した樹脂がスキン材を通過して、ハニカム構造体のセル（小部屋）内に入り込んで堆積してしまい、ハニカム構造体の重量が増加して、複合材料の重量が増加してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、レジントランスファーモールディング法を採用しながらも軽量化を図ることができる複合材料の芯体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、本発明は、マトリックス樹脂を用い、レジントランスファーモールディング法で複合材料を製造する際に用いられるとともにハニカム構造体を有する複合材料の芯体であって、前記ハニカム構造体の各セル内に、少なくとも外側は気泡が独立に形成された独立気泡状である発泡体が充填されてなるものである。
【０００９】
これによれば、レジントランスファーモールディング法により複合材料を製造する際、マトリックス樹脂がハニカム構造体のセル内に侵入しようとしても、発泡体によってセル内に侵入するマトリックス樹脂の量を少なくすることができ、芯体の軽量化を図ることができる。
【００１０】
また、前記ハニカム構造体における前記セルの開口端には繊維束の集合体であるスキン材が一体化され、前記発泡体は、少なくとも前記スキン材に対向する端面が前記独立気泡状に形成されていてもよい。
【００１１】
これによれば、発泡体におけるスキン材に対向する端面では、気泡が一つに繋がっておらず、気泡一つ一つが独立している。このため、発泡体に向けてマトリックス樹脂が流れても、マトリックス樹脂は発泡体の端面に接触するのみで各セル内に侵入しない。
【００１２】
また、前記発泡体は、中央ほど前記気泡が粗に形成されるとともに、中央から表面側ほど前記気泡が密に形成されていてもよい。
これによれば、スキン材に対向する発泡体の端面では、樹脂の各セル内への侵入をより一層防止することができ、発泡体の中央側で軽量化に寄与することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、レジントランスファーモールディング法を採用しながらも軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態のサンドイッチパネルを示す分解斜視図。
【図２】（ａ）は実施形態のサンドイッチパネルを示す断面図、（ｂ）はハニカム構造体のセル内を拡大して示す図。
【図３】（ａ）はハニカム構造体を支持板上に配置した状態を示す図、（ｂ）はハニカム構造体上に蓋板を配置し、各セル内に樹脂を注入した状態を示す図、（ｃ）は芯体を示す図、（ｄ）は成形型内に強化繊維織物及び芯体を配置した状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の複合材料の芯体を、サンドイッチパネルの芯体に具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１に示すように、サンドイッチパネル１１は、繊維束の集合体（一方向材、織物、又はそれらの積層体）からなるスキン材１２と、それらのスキン材１２の間に介装された芯体１３とが一体化されて形成されている。スキン材１２は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維等の無機繊維あるいは、アラミド繊維、ポリ−ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、超高分子量ポリエチレン繊維等の高強度、高弾性率の有機繊維等で形成された強化繊維集合体（繊維材料）で構成されている。強化繊維集合体は、例えば繊維がＸ方向に揃えられた一方向材、Ｘ，Ｙ方向に配列された織物等が使用され、サンドイッチパネル１１の目的とする物性に応じて１枚又は複数枚の所定枚数使用される。
【００１６】
芯体１３は、ハニカム構造体１４と、このハニカム構造体１４の六角形のセル１４ａ（小部屋）内に充填された発泡体１５とから構成されている。なお、ハニカム構造体１４とは、同一形状のセル１４ａの集合体のことであり、セル１４ａは、六角形以外にもＯＸ、フレックス、バイセクト、フェザーセル等であってもよい。
【００１７】
各セル１４ａに充填された発泡体１５は、高発泡倍率のものが採用され、発泡倍率は５〜２０倍に設定されるのが好ましい。これは、発泡倍率の高いものほど、発泡体１５の気泡密度が高くなり、発泡体１５の軽量化が図られるためである。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、発泡体１５は、気泡一つ一つが独立して形成されるとともに、気泡が一繋がりになっていない。すなわち、発泡体１５は、独立気泡で形成された独立発泡体である。本実施形態では、発泡体１５の全体に亘って独立気泡となっている。また、発泡体１５は、その中央ほど気泡が粗に形成されるとともに、中央から各セル１４ａの内面寄り、及び各スキン材１２に対向する端面（表面）側ほど気泡が密に形成されている。
【００１８】
次に、芯体１３及びサンドイッチパネル１１の製造方法について説明する。
まず、芯体１３の製造方法について説明する。図３（ａ）に示すように、支持板２１上にハニカム構造体１４を載置し、次に、図３（ｂ）に示すように、ハニカム構造体１４上に蓋板２２を載置する。なお、蓋板２２には、ハニカム構造体１４の各セル１４ａに対応する位置に注入口２２ａが形成されている。そして、注入口２２ａから各セル１４ａ内に、溶融した発泡体１５の材料を注入する。その後、注入口２２ａを閉鎖して、蓋板２２を介して発泡体１５の材料を加熱し、発泡させる。すると、図３（ｃ）に示すように、ハニカム構造体１４のセル１４ａに発泡体１５が充填された芯体１３が製造される。
【００１９】
次に、芯体１３を基材として用いたサンドイッチパネル１１の製造方法について説明する。サンドイッチパネル１１は、レジントランスファーモールディング法（ＲＴＭ法）によって製造される。具体的には、図３（ｄ）に示すように、成形型３０のキャビティ３１内に、スキン材１２の材料となる強化繊維集合体としての強化繊維織物１２ａを配置するとともに、その強化繊維織物１２ａの間に芯体１３を配置する。そして、成形型３０の注入口３０ａからキャビティ３１内にマトリックス樹脂を注入し、強化繊維織物１２ａにマトリックス樹脂を含浸硬化させるとスキン材１２が形成されるとともに、そのスキン材１２によって芯体１３を挟んだサンドイッチパネル１１が製造される。マトリックス樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂の他、ナイロンやＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂が使用される。また、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の混合樹脂も使用可能である。
【００２０】
次に、芯体１３及びサンドイッチパネル１１の作用について説明する。
図１及び図２に示すように、芯体１３及びサンドイッチパネル１１においては、ハニカム構造体１４におけるセル１４ａの開口端と、スキン材１２とはマトリックス樹脂が硬化することで接合されるとともに、発泡体１５において、スキン材１２に対向する端面と、スキン材１２ともマトリックス樹脂が硬化することによって接合されている。
【００２１】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）サンドイッチパネル１１の芯体１３は、ハニカム構造体１４と、そのハニカム構造体１４の各セル１４ａに充填された独立気泡状の発泡体１５と、から構成されている。このため、強化繊維織物１２ａの間に芯体１３を挟み、ＲＴＭ法によりサンドイッチパネル１１を製造する際、マトリックス樹脂が強化繊維織物１２ａを通過しても、発泡体１５によってセル１４ａ内に侵入するマトリックス樹脂の量を少なくすることができる。したがって、サンドイッチパネル１１の軽量化を図ることができる。
【００２２】
（２）芯体１３におけるハニカム構造体１４のセル１４ａに、発泡体１５を充填した。そして、芯体１３のスキン材１２への接合部位は、ハニカム構造体１４の開口端だけでなく、発泡体１５の端面となり、面接触による接合となる。このため、芯体１３とスキン材１２との接合部が、ハニカム構造体１４の開口端（線接触による接合）だけの場合と比べると、芯体１３とスキン材１２との接合面積を広くして、芯体１３とスキン材１２との接合に関する信頼性が向上する。
【００２３】
（３）発泡体１５は、独立気泡で形成された独立発泡体であり、多数の気泡がそれぞれ独立しており一つに繋がっていない。このため、発泡体１５において、マトリックス樹脂が気泡を通して発泡体１５の内部にまで侵入することが防止される。その結果として、ハニカム構造体１４内に侵入するマトリックス樹脂量を最小に抑えることができ、芯体１３、ひいてはサンドイッチパネル１１の重量増加を抑えることができる。
【００２４】
（４）発泡体１５は、その中央ほど気泡が粗に形成されるとともに、各セル１４ａの内面寄り、及び各スキン材１２に対向する端面側ほど気泡が密に形成されている。このため、スキン材１２に対向する端面では、気泡へのマトリックス樹脂の侵入量を抑えつつ、発泡体１５の中央側で軽量化に寄与することができる。
【００２５】
（５）サンドイッチパネル１１は、ＲＴＭ法によって製造される。このため、サンドイッチパネル１１をオートクレーブ成形で製造する場合のように高価なオートクレーブのような機材を必要とせず、サンドイッチパネル１１を安価に製造することができる。
【００２６】
（６）発泡体１５は、発泡倍率が５〜２０倍の高発泡倍率のものが使用される。このため、発泡体１５は、ハニカム構造体１４のセル１４ａ内全体に充填されてマトリックス樹脂のセル１４ａへの侵入を抑えながらも密度を小さくして軽量化に寄与することができる。
【００２７】
（７）芯体１３は、ハニカム構造体１４に加え、そのセル１４ａ内に発泡体１５が充填されている。このため、ハニカム構造体１４と発泡体１５の両方でサンドイッチパネル１１の強度を確保することができ、芯体１３がハニカム構造体１４だけの場合と比べると、サンドイッチパネル１１の強度を高めることができる。
【００２８】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  実施形態では、発泡体１５は、中央ほど気泡が粗に形成されるとともに、中央から表面側ほど気泡が密に形成されるものに具体化したが、これに限らない。発泡体１５の全体に亘って気泡が均一に形成されていてもよいし、発泡体１５の全体に亘って気泡がランダムに形成されていてもよい。
【００２９】
○  実施形態では、発泡体１５の全体が独立気泡となっていたが、発泡体１５へのマトリックス樹脂の侵入を抑制するために、スキン材１２に対向する端面だけが独立気泡になっていてもよい。
【００３０】
○  マトリックス樹脂は熱硬化性樹脂に限らず、例えば、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリオキシメチレン、ポリフェニレンエーテル等の熱可塑性樹脂を使用してもよい。
【００３１】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記発泡体の発泡倍率は５〜２０倍である請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の複合材料の芯体。
【００３２】
（ロ）前記スキン材は、前記発泡体における前記スキン材に対向する端面と接合される請求項２又は請求項３に記載の複合材料の芯体。
【符号の説明】
【００３３】
１１…複合材料としてのサンドイッチパネル、１２…スキン材、１２ａ…繊維束の集合体としての強化繊維織物、１３…芯体、１４…ハニカム構造体、１４ａ…セル、１５…発泡体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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