JP2003535731A - ハニカム構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
された平らなシートのスタックを拡開するのいずれかによって製造される。過去
においては、重いまたは厚い平らなシートを拡開するのにより大きな力が必要で
あるために、波形の部品を用いて重いハニカム構造体が製造されてきた。本発明
は、平らなシートのスタックを拡開することによって製造される重いハニカム構
造体に関する。
第3,493,450号は、波形のハニカム製造と拡開されるハニカム製造との
比較を開示し、拡開されるハニカム製造の方法を詳細に記載している。
第3,184,365号は、折りたたまれたハニカム積層品の同一シートを厳密
に登録してプリントする、切断する、および積み重ねるための方法および装置を
開示している。
8月11日に発行された米国特許第5,670,001号および同第5,792
,295号は、ハニカム層の初期含浸の回避によって拡開することがより容易で
ある、折りたたまれたハニカムを製造するための方法および装置を開示している
。
少なくとも2つの層を含む各セル壁とを備えた多数の折りたたまれたハニカムセ
ルを有するハニカム構造体であって、各セルの2つの対向する壁の層のすべての
シート材料が互いにおよび他のセルの壁と接合され、かつ、各セルの残り4つの
壁の層のどれもが一緒にまたは他のセルの壁に接着されていないハニカム構造体
に関する。それはまた、(a)接合材のラインが1つのセル壁長さの完成した構
造体の長さと平行であり、かつ、接合材のライン間の1つのセル壁長さの完成し
た構造体の長さとは離れて間隔を置いて配置されるようにシート材料の1つの層
に接合材のラインを塗布する工程と、(b)工程(a)のシート材料上にシート
材料の層を置く工程と、(c)接合材のラインが1つのセル壁長さの完成した構
造体の長さと平行であり、接合材のライン間の3つのセル壁長さの完成した構造
体の長さとは離れて間隔を置いて配置され、かつ、工程(a)のシート材料上の
接合材のラインと直接一致して置かれるように工程(b)の層に接合材のライン
を塗布する工程と、(d)工程(c)のシート材料上にシート材料の層を置く工
程と、(e)接合材のラインが1つのセル壁長さの完成した構造体の長さと平行
であり、接合材のライン間の1つのセル壁長さの完成した構造体の長さとは離れ
て間隔を置いて配置され、かつ、少なくとも幾らかが工程(c)のシート材料上
の接合材のラインと直接一致して置かれるように工程(d)の層に接合材のライ
ンを塗布する工程とを含む、かかるハニカム構造体を製造するための方法に関す
る。
用いる方法によって、または拡開されてハニカム立体配置をもたらす、柔軟なシ
ート材料のスタックを用いる方法によって製造される。ハニカムセル壁の厚さに
関する制限が1つの容易ならぬ欠点ではあったが、はるかに最も容易なハニカム
製造方法は拡開シート方法である。シートのスタックからハニカムを製造するた
めには、スタックを拡開しなければならず、拡開はスタックの表面層を引き離な
すことによって達成される。スタック中のシートが余りにも厚いまたは余りにも
堅い場合には、スタックを拡開することができず、ハニカムを形成することがで
きない。
の考察によって得ることができる。ここで、M=曲げモーメント、r=曲げの湾
曲部の半径、E=シート材料の弾性率、b=シートの幅(結果として生じるハニ
カムの厚さ)、およびh=シートの厚さである。 M=r(Ebh3)/12
メントは、シート厚さの3乗で増加する、厚さの非常に小さい増加がただちに曲
げモーメtントの大きな増加につながる。得られたハニカムの強度を増加させる
ためにシート材料が一緒に積層される場合、曲げモーメントは、シート厚さの3
乗で増加するのみならず、積層されたシートを一緒に保持するために使用された
接着剤または接合材により組み込まれた硬直さによっても増加する。
用するが、セル壁を作るためにそれらが曲げられるポイントではそれらを積層す
ることなく略互いに独立したものとしてそれらの層を維持してハニカムを製造で
きることを発見した。独立したシートを維持することによって、曲げモーメント
は層の数に比例して増加するのみであり、それらの層の数の3乗で増加しない。
この立体配置は、より厚いシート材料を用いた同じ重量の構造体を拡開するのに
必要であろう力よりもはるかに少ない力でのハニカム構造体の拡開を可能にする
。
2つの対向するセル壁の場所で接合されているが、他の4つのセル壁のいずれの
場所でも全く接合されていない。また、シートはセルに形成されるので、シート
間には幾らかの摩擦もあるかもしれない。
造を描写している。折りたたまれたスタック10は、シート1と4とが引き離さ
れた時に、折りたたまれたスタック10がハニカム構造11に拡開されるように
、シート間に置かれた注意深く間隔をおいて配置された接合材5のラインを具し
たシート1,2、3および4を含む。
れたスタック20は、シート12と19とが引き離された時に拡開されたハニカ
ム構造21を作るために、図1aおよび図1bの構造と同様にシート間に置かれ
た注意深く間隔をおいて配置された接合材5のラインを具したシート12から1
9を含む。折りたたまれたスタック20を点検すると、シートの対12と13、
14と15、16と17ならびに18と19が接合されて、2倍の厚さを有する
ハニカムセル壁を生じることが明らかになる。しかしながら、ハニカムが拡開さ
れる時にその構造における曲げポイントに接合材5は存在せず、接合材が存在し
ないことにより、二重壁が完全に接合されている場合または2倍の厚さの単一壁
である場合よりもはるかに小さい力で二重壁を曲げることが可能になる。接合材
5のラインが1つのセル壁の完成した構造体の長さになるであろう量でシートに
塗布されることが重要である。
壁がそのセルを構成する層および隣接するセルの他の層と接合するが、セル中の
他の4つの壁のいずれの層にも接合材が塗布されないように、接合材が塗布され
る。
1つまたは3つのセル壁の完成した構造体の長さとは離れて間隔をおいて配置さ
れるべきであると言われる場合、その意味するところは、ハニカム構造体が完成
された時に、接合材の使用量は隣接するシートを1つのセル壁の幅で接合するの
にちょうど十分で、また1つまたは3つのセル壁の幅で離れて間隔を置いて配置
されるのにちょうど十分であったであろう十分な接合材を使用すべきであるとい
うことである。異なる接合材およびシート材料は様々に互いに反応するので、1
つのセル壁の完成した構造体の長さをもたらすためにどれくらいの接合材を塗布
すべきかを正確に推定することは、純然たる試行の問題である。
る任意の材料でありうる。接合材は、例えば、熱可塑性または熱硬化性樹脂、反
応性のポリマー、オリゴマーまたはモノマー、ポリマー溶液、ポリマー懸濁液ま
たはエマルジョン、エネルギー吸収材などであってもよい。
にとって十分な強度の任意の柔軟なシートでありうる。材料の種類は、プラスチ
ックシートまたはフィルム、紙、不織布、織布、編物、または金属シート材料も
しくは箔などでありうる。具体的な材料は、メタ−アラミドおよびパラ−アラミ
ドを含むアラミド紙、繊維ガラス布、アルミニウム箔、クラフト紙、ポリイミド
およびポリエステルフィルムなどでありうる。
は好ましいならば、折りたたまれたスタックを拡開に先だって所望の高さにスラ
イスすることができる。拡開前のシートの軟化(可塑化)、拡開前後の樹脂によ
るシートの含浸またはコーティング、拡開されたハニカム構造体のヒートセット
などのような追加のプロセス工程は、本発明の方法に加えて実施されてもよい。
イン間の間隔について、1つのセル壁長さの完成した構造体の長さを達成すべく
、接合材の平行なラインが図2aに示すような間隔でシート材料の層に塗布され
る。この層および接合材は図2aの層19に相当する。シート材料の別の層が最
初のシート上に置かれ、そして再び接合材の平行なラインが塗布されるが、下の
シート上の接合材の交互ラインの真上に(に一致して)塗布される。この層およ
び接合材は図2aの層18に相当する。次に、層構築のこれら2つの工程は、特
定のハニカム構造体にとって必要とされるまたは望まれるほど幾度も繰り返され
る。いったんシートのスタックが完成すると、構造体の隣接層間の接合を確かな
ものとするために接合材は固化されなければならない。
っても達成することができる。熱可塑性および熱硬化性樹脂は一般に熱および/
または圧力によって固化される。反応性樹脂は反応性成分−一般に流体−との反
応によって固化されるが、おそらく、反応性樹脂の架橋を達成するためのような
、放射のある形態によっても固化される。ポリマー溶液は、ポリマーに同伴する
溶媒の蒸発によって固化される。エネルギー吸収材は、放射エネルギーのある形
態を吸収してハニカムシートの材料と反応するまたはそれを溶融するために使用
される、マイクロウェーブ放射を用いてハニカムシート中の溶融可能成分を溶融
するためのエネルギー吸収材としてフェライトなどを使用することができる。
とが指摘されるべきである。そして、両面に塗布された場合に、隣接するシート
の対応する面積は被覆される必要がない。また、シートがスタック上に置かれる
前に接合材をシートに塗布することができる。
えば、工程(b)の層は両面、工程(a)において定められたような工程(a)
の層との接触用の1面および工程(c)の層との接触用の他面、上に被覆されて
もよいし、または工程(a)の層は1面のみに被覆されてもよいし、工程(d)
の層は両面、工程(b)の層との接触用の1面および工程(e)において定めら
れたような構造体の次の逐次層との接触用の他面、上に被覆されてもよい。接合
材が固化される前に図2aに従っていろいろな層上に接合材が適切に置かれる限
り、本発明の方法は実施されていることになる。
開されて6面セルの構造体を与えなければならない。本発明の方法はまた、シー
ト材料の層を接合するために接合材を固化させる工程およびシートの平面に垂直
な方向に接合されたシートを引き離す工程を含んでもよく、それによって、6つ
のセル壁がそれぞれ六辺形の1面を形成するように、ハニカム構造体のハニカム
セルが拡開される。拡開された立体配置において、ハニカム構造体のシートは、
多くの場合、ハニカムセルを堅くするためにおよび安定化させるために樹脂を含
浸される。本発明の独立した、多重セル壁は、それらのより小さい厚さによって
、より速くより完全な樹脂含浸を可能にし、そしてある場合には、より大きな樹
脂含浸量を可能にするかもしれない。
、この目的のために通常使用される任意の材料でありうる。含浸は、浸漬、コー
ティング、噴霧などによって達成することができ、いったん含浸されると、選択
された樹脂系に適切などんな方法でも、樹脂を硬化させることができる。
って、シートおよびスタックの厚さを求めた。
ハニカムコアの密度を測定した。
アの安定化または貫層圧縮強さおよび弾性率を測定した。
on−型試験機で、コアの「L」および「W」プレート剪断強さおよび弾性率を
測定した。
本発明に従った方法を例示する。
とってコアを拡開するのに必要な力の減少を例示する。同じ最終立体配置および
同じ寸法の構造体について、通常法の609gに比べて本発明に従った方法はた
ったの419gの拡開力を必要とした、30パーセントより大きい減少。
ロメートル(1.48ミル)の厚さを有し、67重量%パラアラミドフロックお
よび33重量%メタ−アラミドフィブリドからなるアラミド紙を開始シート材料
として使用した。メタ−アラミドフィブリドを、米国特許第3,756,908
号に記載されたように、ポリ(メタフェニレンイソフタルアミド)から製造した
。 パラ−アラミドフロックは、ポリ(パラ−フェニレンテレフタルアミド)から製
造された、1.6デシテックス(1.42デニール)の線密度および6.4mm
の長さを有するフロックであった(商品名KEVLAR(登録商標)49でE.
I.du Pont de Nemours and Companyによって
販売)。
異なるシートに対して、それぞれ、ライン間距離6.35mm(0.25インチ
)および12.7mm(0.5インチ)を備えた、2つの異なる印刷ロールを用
いた。MC−3ノードライン接着剤としてMarshall Consulti
ng Co.から接合材を入手した。
するような順序にプリントされたシートを積み重ねた。シートのスタックは、図
2aに従って接合材プリントを有した。
ートをシートの平面に垂直な方向に引き離すことによってシートのスタックを拡
開し、次にスタックを270℃で10分間ヒートセットした。
入手した「Oxychem23169」)の溶液中に浸漬し、乾燥させて、約1
80℃で硬化させた。
8ポンド/ft3)の密度を有するセル壁からなるハニカム構造体であった。そ
の構造体の機械的特性は次の通りであった。安定化圧縮強さ1.32MPa(1
91psi)、安定化圧縮弾性率124MPa(18kpsi)、「L」プレー
ト剪断強さ1.21MPa(175psi)、「L」プレート剪断弾性率117
MPa(17kpsi)、「W」プレート剪断強さ0.50MPa(72psi
)、および「W」プレート剪断弾性率2.4MPa(3.6kpsi)。
ての試験であった。
て使用した。
(9インチ)の細片を切断し、2.54cm(1インチ)幅の接合材ラインを手
で作り出した。図2aに従って細片を一緒に組み合わせた。Power Pox
y Adhesives,Inc.により供給されたウレタン系材料を接合材と
して使用した。
lによって生産されたKevlar(登録商標)ブランドアラミド布、スタイル
708)のループを、ハニカムを拡開するための掴み点として使用するために、
同じ接合材を用いて、折りたたまれたハニカム構造体の外層の中心部分に取り付
けた。
たたまれたハニカム構造体を、5.06cm/分(2インチ/分)の速度でその
完全開き(2つの中心セルの完全拡開)まで拡開させた。この構造体の拡開の間
の最大力は419g(0.923ポンド)であった。
。
つの2層細片に積層した。接合材は紙表面の多孔性構造のみを充填し、4つの最
終細片は、接合材からのいかなる追加もなしに、紙の最初の厚さの2倍(0.6
ミリメートル)であった。
し、図1aに従って4つの積層された細片を一緒に組み合わせた。
その接合材を硬化させ、以前に記載したものとすべて同じ条件下および同じ速度
で、折りたたまれたハニカム構造体を拡開させた。
Claims (10)
- 【請求項1】 略等しいセル壁長さの6つのセル壁を有する各セルとシート
材料の少なくとも2つの層を含む各セル壁とを備えた多数の折りたたまれたハニ
カムセルを有するハニカム構造体であって、各セルの2つの対向する壁の層のす
べてのシート材料が互いにおよび他のセルの壁と接合され、かつ、各セルの残り
4つの壁の層のどれもが一緒にまたは他のセルの壁に接着されていないことを特
徴とするハニカム構造体。 - 【請求項2】 前記シート材料がアラミド紙である請求項1に記載のハニカ
ム構造体。 - 【請求項3】 各セル壁がシート材料の2層を有する請求項1に記載のハニ
カム構造体。 - 【請求項4】 略等しいセル壁長さの6つのセル壁を有する各セルとシート
材料の少なくとも2つの層を含む各セル壁とを備えた多数のハニカムセルを有す
るハニカム構造体を製造するための方法であって、 (a)接合材のラインが1つのセル壁長さの完成した構造体の長さと平行であ
り、かつ、接合材のライン間の1つのセル壁長さの完成した構造体の長さとは離
れて間隔を置いて配置されるようにシート材料の1つの層に接合材のラインを塗
布する工程と、 (b)工程(a)のシート材料上にシート材料の層を置く工程と、 (c)接合材のラインが1つのセル壁長さの完成した構造体の長さと平行であ
り、接合材のライン間の3つのセル壁長さの完成した構造体の長さとは離れて間
隔を置いて配置され、かつ、工程(a)のシート材料上の接合材のラインと直接
一致して置かれるように工程(b)の層に接合材のラインを塗布する工程と、 (d)工程(c)のシート材料上にシート材料の層を置く工程と、 (e)接合材のラインが1つのセル壁長さの完成した構造体の長さと平行であ
り、接合材のライン間の1つのセル壁長さの完成した構造体の長さとは離れて間
隔を置いて配置され、かつ、少なくとも幾らかが工程(c)のシート材料上の接
合材のラインと直接一致して置かれるように工程(d)の層に接合材のラインを
塗布する工程と、 を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項5】 前記シート材料がアラミド紙である請求項4に記載の方法。
- 【請求項6】 (f)接合材をつけてシート材料の層を接合する工程と、 (g)接合されたシートをシートの平面と垂直な方向に引き離す工程と、 をさらに含み、これによって6つのセル壁がそれぞれ六角形の一面を形成するよ
うにハニカム構造体のハニカムセルが拡開される請求項4に記載の方法。 - 【請求項7】 工程(a)での接合材の塗布ラインが、工程(b)の層の両
面に、工程(a)で定められたような工程(a)の層との接触用の一面と工程(
c)の層との接触用の他面とに、接合材のラインを塗布することによって達成さ
れる請求項4に記載の方法。 - 【請求項8】 (f)接合材をつけてシート材料の層を接合する工程と、 (g)接合されたシートをシートの平面と垂直な方向に引き離す工程と、 をさらに含み、これによって6つのセル壁がそれぞれ六角形の一面を形成するよ
うにハニカム構造体のハニカムセルが拡開される請求項7に記載の方法。 - 【請求項9】 工程(c)での接合材の塗布ラインが、工程(d)の層の両
面に、工程(c)で定められたような工程(b)の層との接触用の一面と工程(
e)で定められたような他面とに、接合材のラインを塗布することによって達成
される請求項4に記載の方法。 - 【請求項10】 (f)接合材をつけてシート材料の層を接合する工程と、 (g)接合されたシートをシートの平面と垂直な方向に引き離す工程と、 をさらに含み、これによって6つのセル壁がそれぞれ六角形の一面を形成するよ
うにハニカム構造体のハニカムセルが拡開される請求項9に記載の方法。
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