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見えないところで活躍するアルミ箔:ハニカム構造でアルミ箔が強くなる!?〜様々な利用例〜

 手でも簡単にちぎれる薄いものというイメージがあるアルミ箔ですが、実は競技場の屋根やロケットの先端部分で人工衛星を収納するフェアリング、遠い宇宙からの電波を受信する巨大アンテナなどの構造材に用いられています。
 ほかにも新幹線や船舶の床や壁、電子機器、そして東京の新名所としてすっかり定着した東京スカイツリーの中心部に位置するエレベーターシャフトの外装材と展望台の外装材にも使われています。しかし、どのようにアルミ箔の強度を高めているのでしょうか。そのヒミツは「ハニカム」というキーワードにあります。

※東京スカイツリーで活躍するアルミニウムの話はこちら

アルミハニカムとは

6角形のセルの集合体で作られるアルミハニカム

 アルミハニカムはアルミ箔の6角形のセルが無数に集合してできた構造体です。その形状が蜂の巣のようであることから「ハニカム」の名が付けられました。

 アルミハニカムの両面を、アルミ板または鋼板、樹脂板、合板などで接着し、サンドイッチパネルに形成して各種の構造材に用いられ、幅広い用途分野で活躍しています。

アルミハニカムを面板でサンドイッチ

アルミハニカムサンドイッチ

アルミハニカムサンドイッチ構造の主な特長

軽量 ハニカム構造の容積比率は、空気97%に対してアルミ3%です。もともと軽いアルミニウムがさらに軽量に。
フラットな表面 表面板を無数の6角形のセルで支えているため、板自体に歪みが起きず、極めて平らで滑らかな面を保持。
強度・剛性 6角形セルの集合体は力学的に理想的な構造。単位重量当たりの強度と剛性は他の構造材よりもすぐれています。
耐熱性 アルミニウムは不燃材料。金属表面板を用いたものは優れた防火材料でもあります。
幅広い用途 アルミ箔の厚さやセルのサイズ、表面板の材質が自由に選択できるため、さまざまな部位に用いることができます。

アルミハニカムの応用例

1.国内最大規模のアルミハニカムの屋根

 2005年10月に千葉市にオープンした「フクダ電子アリーナ」は、Jリーグ「ジェフユナイテッド市原千葉」のホームスタジアムとして使用されています。
 18,500名を収容するスタジアムの屋根全面に国内最大規模の13,800uのアルミハニカムが用いられています。
 アルミハニカムの屋根は高強度、高剛性に加え、耐食性、加工性、リサイクル性などに優れています。しかも、超軽量です。屋根は座席の約9割を覆い、観客を雨や日差しから守ります。

2.と遠い宇宙からの電波を受信する高精度のアンテナ

 長野県にある国立天文台野辺山の45m電波望遠鏡は、直径が45mで、ミリ波電波を観測できる望遠鏡としては世界最大の口径を誇ります。この望遠鏡のアンテナの主鏡面パネルにアルミハニカムの素材が用いられています。
 電波望遠鏡は、数十億光年先に存在する銀河からのかすかな電波も受信することができます。しかし、遠い宇宙からの電波を観測するには、アンテナの鏡面誤差をできるだけ小さくすること(〜0.1mm)、そして冬期に−20℃以下になる野辺山の環境でも精度を保つことが求められます。
 高強度かつ軽量であるアルミハニカムの特性が、45m電波望遠鏡の主鏡面パネルに生かされています。

3.高温から人工衛星を保護する衛星フェアリング

 ロケットは発射して高度120キロの大気圏外に出るまでに、激しい空気抵抗のためロケットの表面温度が300度近くまで上昇します。
 こうした過酷な環境から、ロケットの先端部に取り付けられている人工衛星を保護するのがフェアリングと呼ばれる保護カバーです。このフェアリングにアルミハニカムが採用されています。剛性・強度・耐熱性・軽さなどを兼ね備えた素材特性が威力を発揮しています。
 その製作には最先端の航空宇宙工学のノウハウと高精度な加工技術が要求されます。打ち上げ後、フェアリングは所定の地点に達すると真っ二つに割れ、人工衛星を宇宙空間に放ちます。

◎写真提供:住友軽金属工業株式会社/株式会社住軽日軽エンジニアリング/国立天文台/JAXA
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