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ハニカム構造の応用と機能―ハニカム構造材料からナノハニカム構造まで―

  • Application & Function of Honeycomb Structure―From Structural Material to Nano Structure―
★ 前書から13年。ハニカム構造材料のみならずナノハニカム構造まで網羅した技術書籍が遂に登場!!
★ ハニカム構造の応用でさらなる豊かな社会へ!
★ ハニカムの材料技術,成形技術,応用技術,ナノハニカムの先端技術,加工技術,応用技術などを収録!!

商品コード: T0633

  • 監修: 先端材料技術協会/野口元
  • 発行日: 2008年9月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判、285ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0037-5
こちらの書籍については、お問い合わせください。
  • ナノハニカム / サンドイッチパネル / CFRP / FRP / ハニカムコア / メソポーラスシリカ / ハニカムフィルム

刊行にあたって

 ハニカムに関する総合的な書籍が国内外に無い事から,佐藤孝先生のご尽力で「ハニカム構造材料の応用技術」が刊行されてからはや13年が経過した。その間に2分冊であったものが2002年に廉価版として一冊にまとめられた。ハニカム材料そのものはそう大きく変化はしていないものの,設計法,製造法や修理方法など応用分野での技術が充実され,広く普及してきた事は,初版に関わったものとして感慨深いものがある。近年は,航空機構造材料として複合材料,特に炭素繊維強化樹脂の適用範囲が大幅に拡大し,主構造材としてアルミ合金から転換されてきたが,ハニカムサンドイッチ構造は部分的には複合材料による一体成形やコア材が発泡樹脂に変えられつつあるが,必要性と重要性は変わっていない。また,航空機用途以外でもハニカムに特化した用途も少なくなく13年前とは状況が少し違ってはいるものの引続き重要視されている材料である。第I編では従来のハニカムコアと現在まで永く応用されている分野に付いて専門家の方々に執筆頂き,後半の第II編では,サイズがミクロ単位からナノ単位まで超微小化する事で新たな機能が付与される可能性が生まれ,大いに期待されているナノハニカムについて先端材料,加工技術の専門家に執筆を受けて頂いた。
 従来から,非構造用あるいは二次構造用として適用されてきたハニカムの材料技術のみならず成形技術的な側面に付いても触れ,必ずしも技術の詳細まで全てを網羅する事は出来なかったが,世の中の技術が相当なレベルにある事は理解可能な程度には記載されていると信じたい。
 以上のような本編の内容は,これからの材料のあり方を考え,新たな用途や機能の活用といった新分野への材料技術の拡大あるいは浸透の一助になれば,筆者としては幸いである。
(「まえがき」より)

2008年9月  野口 元

著者一覧

野口 元   昭和飛行機工業(株) 技術開発部 技術開発グループ 参与
高山善匡   宇都宮大学 大学院工学研究部 循環生産研究部門 准教授
中谷 隆   東亞合成(株) 機能樹脂事業部 接着剤グループ グループリーダー
宮入裕夫   東京医科歯科大学 名誉教授
天岡和昭   富士重工業(株) 航空宇宙カンパニー 航空機第二部長
齋藤義弘   富士重工業(株) 航空宇宙カンパニー 航空機設計部 固定翼機設計課 課長
岩井作弥   東京テクノロジー(株) 代表取締役
奥 明栄   (株)童夢カーボンマジック 代表取締役
小田中克仁  昭和飛行機工業(株) 輸送機器事業部 エンジニアリング二部
鵜沢 潔   東京大学 新領域創成科学研究科 講師
檜山裕二郎  (株)住軽日軽エンジニアリング 設計技術部 部長(構造担当)
戸田和憲   (株)住軽日軽エンジニアリング 取締役・建築営業部長
楠浦崇央   TechnoProducer(株) 取締役
金松俊宏   (株)リコー 研究開発本部 先端技術研究センター 第三研究室 主幹研究員
浦田千尋   早稲田大学 大学院先進理工学研究科 応用化学専攻
黒田一幸   早稲田大学 理工学術院 教授
村岡幹夫   秋田大学 工学資源学部 機械工学科 准教授
山口十志明  (独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 機能モジュール化研究グループ 研究員
藤代芳伸   (独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 機能モジュール化研究グループ 主任研究員
淡野正信   (独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 機能モジュール化研究グループ グループ長
清水壮太   ファインセラミックス技術研究組合 研究員
高森久義   九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門
中嶋直敏   九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門 教授
杉浦 隆   岐阜大学 大学院工学研究科 環境エネルギーシステム専攻 准教授
箕浦秀樹   岐阜大学 名誉教授
白土健太郎  富士フイルム(株) 有機合成化学研究所 主任研究員
山﨑英数   富士フイルム(株) 生産技術センター 統括主任研究員

目次

【第I編 ハニカム構造材料】

第1章 ハニカムコア及びハニカムサンドイッチパネルの変遷
1. ハニカムについて
2. ハニカムパネルについて
3. ハニカムコア及びサンドイッチパネルの変遷
3.1 素材の変遷
3.2 最新ハニカムコアについて
3.3 製造法の変遷
3.3.1 コストダウン
3.3.2 接着以外の接合法によるハニカムコア
3.3.3 耐熱ハニカムコア
3.4 セル形状の種類
3.5 サンドイッチパネルの変遷
3.5.1 材料の組み合わせ
3.5.2 製造法の種類
3.5.3 量産方法と将来の製造法
4. アルミハニカムの運命
4.1 特長と欠点 
4.2 対策と効果
4.3 アルミハニカムの将来
5. その他のハニカムコア及びハニカムパネル
5.1 航空機以外の用途
5.2 プラスティックハニカム
6. 先端複合材料とハニカム
6.1 CFRPハニカム
6.2 その他の先端材料によるハニカム
6.3 未来のハニカム材

第2章 ハニカムサンドイッチパネルの製造法
1. はじめに
2. ハニカムサンドイッチパネルの製造プロセス
2.1 ハニカムコア
2.2 表面材
2.3 接着剤
3. サンドイッチパネルの強度評価
3.1 3点曲げ試験におけるたわみ
3.2 試料及び試料作製条件
3.3 試験結果
4. ハニカムサンドイッチパネルの可能性

第3章 ハニカムサンドイッチパネル用接着剤
1. はじめに
2. ハニカムコア用接着剤
3. ハニカムサンドイッチパネル用接着剤
3.1 ハニカムサンドイッチパネル用接着剤の機能と種類
3.2 ハニカムサンドイッチパネル用接着剤の選定
3.3 航空機構造用接着剤
3.4 一般産業用接着剤
3.5 ハニカムサンドイッチパネル用接着剤の強度評価
4. 接着剤の信頼性評価
4.1 接着耐久性に影響を与える因子と評価スキーム
4.2 促進劣化試験
4.3 接着耐久性に影響を与える因子
4.3.1 接着剤の種類
4.3.2 接着形状
4.3.3 表面処理の影響
4.3.4 接着プライマーの効果
4.3.5 接着接合部の寿命推定
5. 接着剤の品質管理
5.1 材料管理
5.2 加工工程の管理
5.2.1 接着剤の前処理
5.2.2 塗工工程
5.2.3 硬化過程
5.3 完成部品の保証管理
5.3.1 破壊検査
5.3.2 非破壊検査
6. おわりに

第4章 多機能化を目指すサンドイッチ構造―プラスチックフォーム材とハニカム構造―
1. はじめに
2. サンドイッチ構造
2.1 サンドイッチ構造によるメリット
2.1.1 プレハブ化
2.1.2 複合効果
2.1.3 多機能化
2.2 カナッペ構造(Canape structure)
3. 心材の特性とサンドイッチ構造
3.1 心材に要求される性能
3.1.1 優れた軽量性能
3.1.2 優れたせん断特性
3.1.3 優れた圧縮特性
3.1.4 優れた接着性
3.2 サンドイッチ構造の加工性と機能
3.2.1 成型加工性と寸法精度
3.2.2 サンドイッチ構造の機能的特性
4. 心材の種類と形態
5. 心材の特性
5.1 機械的特性
5.2 機能的特性
5.2.1 断熱特性
5.2.2 遮音特性・吸音特性
5.2.3 防火性能
5.2.4 振動吸収性能
5.2.5 調湿機能
6. ハニカムサンドイッチ構造の遮音特性
7. 薄肉の複合構造
8. 新規サンドイッチ構造
8.1 インテグラル構造
8.2 マカロニタイプの複合構造
8.3 フォーム材を充填したハニカム心材

第5章 航空機用ハニカム構造材料
1. 航空機におけるハニカムサンドイッチ構造及びその利点
1.1 概要
1.2 利点
1.2.1 軽量性
1.2.2 高い面外剛性
1.2.3 耐振動、耐音響疲労性
1.2.4 表面平滑性
1.2.5 衝撃吸収性
1.2.6 断熱性
1.2.7 吸音特性
1.2.8 部品点数
1.3 不利な点
2. 航空機におけるハニカムサンドイッチ構造の適用例
2.1 ボーイング767フェアリング(複合材ハイブリッドパネル)
2.2 ボーイング777主脚ドア
2.3 フルデプスハニカムパネル
2.4 T-2後部胴体ブラストパネル(耐熱合金ハステロイのハニカムサンドイッチ構造)
2.5 XB-70バルキリー(ステンレススチールのハニカムサンドイッチ構造)
2.6 ヘリコプターブレード
2.7 消音パネル
3. 航空機におけるハニカムサンドイッチ構造の設計
3.1 航空機構造設計の流れ
3.2 設計基準
3.3 設計要求条件
3.3.1 環境条件
3.3.2 運用条件
3.3.3 荷重条件
3.3.4 剛性要求
3.4 基礎荷重
3.5 構造設計
3.5.1 材料の選定
3.5.2 成形プロセス
3.5.3 パネル一般部の設計
3.5.4 端末処理設計
3.5.5 金具取り付け部設計
3.6 強度設計
3.6.1 設計許容値
3.6.2 内部荷重解析
3.6.3 強度解析
3.6.4 強度保証試験
4. 一様圧力を受ける直交異方性サンドイッチパネルの強度計算例
4.1 計算方法
4.1.1 計算式
4.1.2 弾性係数
4.2 計算例
4.2.1 構造モデル
4.2.2 計算
5. 今後への期待
5.1 溜水、接着剥がれ耐久性の向上
5.2 検査性の向上
5.3 修理性の向上
5.4 将来の航空機へのハニカムサンドイッチ構造の適用

第6章 宇宙機器用ハニカム構造材料
1. はじめに
2. 代表的なカーボンハニカムコア“Ultracor UCF-126-3/8-2.0”
3. 宇宙用ハニカムコアに要求される特性
4. 各種宇宙用ハニカムコア例(開発中も含む)
4.1 超軽量カーボンハニカムコア
4.2 多孔性カーボンハニカムコア
4.3 カーボン・カーボン(C/C)ハニカムコアおよびC/Cハニカムサンドイッチパネル
4.4 クォーツハニカムコア
4.5 ケブラーハニカムコア
4.6 PBO(ザイロン(R))ハニカムコア
4.7 ウルトラフレックス・ハニカムコア
4.8 コルゲートコア
5. CF開繊織物
6. おわりに

第7章 レーシングカーにおけるハニカム構造材料の適用例
1. はじめに
2. ハニカム適用の目的と背景
2.1 比剛性の向上
2.2 規則上の制約
2.3 衝撃エネルギー吸収性能の向上
2.4 断熱効果
3. 適用部位とその基本構造
3.1 主に使われるハニカムの種類と仕様
3.2 サンドイッチ構造表面材との組み合わせ
3.3 主な適用部位
3.4 基本構造
3.5 詳細構造
4. 製造方法
5. 効果および評価方法
6. ハニカム構造の解析
7. 今後の展望

第8章 自動車用バリアフェイスについて―サイドインパクターの原理、歴史、規制の動向等―
1. はじめに
2. ハニカムコアの衝撃吸収特性について
2.1 衝撃吸収原理
2.2 側突バリアの設計
2.3 その他の応用例
3. バリアフェースの推移
3.1 バリアフェースの種類
3.2 要求仕様について
3.3 バリア各部のコリドーの要求
4. 今後の動向
4.1 安全基準の制定
4.2 各国の前突バリアの仕様
4.3 各国の側突バリア仕様
5. 今後の動向

第9章 船舶用ハニカム構造材料(ヨット)―船舶用のハニカム構造材料を中心に―
1. はじめに
2. 船体構造の特徴とハニカム構造の適用例
2.1 船体構造の特徴
2.2 船体構造へのハニカム構造の適用例
2.2.1 金属材料製ハニカム構造
2.2.2 FRP製小型船舶
3. アメリカズカップヨットの建造について
3.1 ニッポンチャレンジ艇について
3.2 AC艇建造ルールと構造材料
3.2.1 CF(カーボン繊維)プリプレグ
3.2.2 ハニカムコア
3.2.3 接着フィルム
3.3 成形
3.3.1 型冶具
3.3.2 ハル・デッキ積層
3.3.3 オーブン
3.3.4 コアボンディング
4. 今後の動向と課題

第10章 建築用ハニカム構造材料
1. はじめに
2. 建築用途への適用
2.1 建築構造材料としての特性
2.1.1 二次構造部材が省略できる
2.1.2 サッシ一体構造
2.1.3 熱伸縮に対する設計
2.1.4 断熱性能
2.1.5 遮音性能
2.1.6 耐火性能
2.2 設計に適用できる基規準類
3. ハニカムパネルの構造
3.1 構成部材と製作範囲
3.2 性能評価
3.3 構造設計
3.3.1 設計外力
3.3.2 許容応力度
3.3.3 セルサイズ
3.3.4 断面性能
3.3.5 パネルの算定
3.3.6 パネルの変形
4. 実施例
4.1 所沢航空記念館キャノピー
4.2 千葉工業大学通路屋根
4.3 大阪ワールドトレードセンター・オールウェザーパーク
4.4 りんくうゲートタワー
4.5 さいたま合同庁舎前シェルター
4.6 六本木ヒルズ放送センター
4.7 國學院大學
4.8 フクダ電子アリーナ
4.9 日本女子大学神泉山館
4.10 住友軽金属工業名古屋製造所
5. おわりに

【第II編 ナノ分野に向けての応用技術】

総論―ナノハニカム構造の研究動向―
1. はじめに
2. ハニカム構造の特徴
3. 微細繰り返し構造の作成方法
4. 特許動向から見る研究動向
4.1 特許情報の収集~ハニカム構造の現状
4.2 マイクロ・ナノ技術におけるハニカム
4.3 ナノ・マイクロとハニカム~マクロ分析
5. マイクロ・ナノハニカム構造の事例と応用
5.1 事例1~界面活性剤複合体を用いた構造
5.2 事例2~薄膜成長時の自己組織化を利用した構造
5.3 事例3~アルミナの電解エッチングを用いた構造
5.4 事例4~ブロックポリマーの相分離を用いたハニカム構造
6. おわりに

第1章 マイクロハニカム~加工技術と微小ハニカムの応用の可能性~
1. はじめに
2. マイクロハニカムの加工方法
3. 本工法で加工されるマイクロハニカム形状
3.1 セル形状
3.2 可変なアスペクト比
3.3 可変なセルサイズ
3.4 広い加工領域
3.5 短い加工時間
3.6 多様なコア材料
3.7 従来工法との比較
3.8 まとめ
4. マイクロハニカムの用途展望
4.1 マイクロハニカム単体での機能向上
4.2 機能部材を注入することによる新たな機能展開
5. 応用例
5.1 遮光を有するマイクロレンズアレイ
5.2 光ファイバーの二次元プレート
6. おわりに

第2章 ナノスケールでのハニカム構造の設計―メソポーラスシリカ(シリカメソ多孔体)―
1. はじめに
2. ナノスケールのハニカム構造―メソポーラス物質―
3. 機能性ハニカムナノ構造の設計
3.1 ハニカムナノ構造の表面設計
3.1.1 ポストトリートメント法(グラフティング法)による表面設計
3.1.2 ワンポット合成(co-condensation method;direct synthesis)による表面設計
3.1.3 分子設計を用いた表面の精密な制御
3.1.4 架橋型有機シランを用いた表面設計
3.2 シリカ以外の骨格組成を用いた設計
3.2.1 非シリカ系金属酸化物
3.2.2 金属・カーボン
4. ハニカムナノ構造の生体医療応用
4.1 薬剤担体としての利用
4.2 刺激応答性分子の“扉”を有するインテリジェント薬剤担体
5. ハニカムナノ構造を有する薄膜
5.1 配向性ハニカムナノ構造
5.1.1 基板に対して平行方向の配向制御
5.1.2 基板に対して垂直方向への配向制御
5.2 配向性ハニカムナノ構造の応用
5.2.1 分子デバイスとしての利用
5.2.2 鋳型としての利用
6. おわりに

第3章 ハニカム構造を利用した圧電アクチュエータ用変位拡大装置
1. はじめに
2. 変位拡大装置の必要性
3. ハニカムリンク機構に基づく変位拡大装置
3.1 ハニカムの面内変形特性
3.2 ハニカムリンク機構
3.3 有限要素法によるシミュレーション
4. 試作例
4.1 1軸アクチュエータ
4.2 XYステージ
5. 設計のための理論式
5.1 発生変位量および発生力
5.2 弾性ヒンジ部の応力
5.3 固有振動数
6. おわりに

第4章 燃料電池(ミクロハニカム)
1. 序論
2. ミクロハニカム型SOFCコンセプト
3. 数値解析によるミクロハニカム型SOFCの構造設計
4. ミクロハニカム型SOFCの製造プロセス開発
5. ミクロハニカム型SOFCの発電性能評価
6. ミクロハニカム型SOFCの熱応力耐性解析
7. 適用分野および今後の展開

第5章 導電性カーボンナノチューブハニカムフィルム
1. はじめに
2. Complex Iの合成
3. Complex Iを用いたキャストフィルムの作製法
4. キャストフィルムの構造形態
5. パターンフィルムの孔径制御
5.1 湿度依存性
5.2 濃度依存性
5.3 溶媒依存性
6. 電導性ナノチューブハニカムフィルムの作製 
7. おわりに

第6章 フォトエッチングによるナノハニカム酸化チタンの創成
1. はじめに
2. 酸化チタンのフォトエッチング
2.1 ナノハニカム構造形成
2.2 ナノハニカムサイズの制御
2.3 ナノハニカム構造の形成機構
2.4 酸化チタン表面の光誘起親水化特性に及ぼすフォトエッチングの効果
3. おわりに

第7章 ハニカムフィルム
1. はじめに
2. 膜構造
3. 材料
4. 製造方法
5. 応用
5.1 細胞培養基材
5.2 癒着防止フィルム
5.3 フィルター
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