JP2008518818A - 曲面型のハニカム構造体とその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、金属又はプラスチック材質の平板を曲面型のプレス又は真空成形用金型を用いて曲面板で形成し、上記曲面板にハニカム構造の六角形セル柱を突出するように成形してこれらを互いに組み立て及び接着して、曲面型のハニカム構造体をより手軽に作製するためのものであって、六角形セルに歪みができるか又は膨らむ等の不具合の問題が発生せず、構造体の強度も平板の場合とほとんど同一であり、曲面板の形状を自由自在に変更できるだけでなく資材の浪費もなく製品の生産率を高めることができる。

Description

本発明は、曲面型のハニカム構造体とその製造方法に関する。さらに詳細には、軽量で、曲面形状を備える複合材料から形成される曲面型のハニカム構造体と、その製造方法に関する。

２１世紀において注目される最も重要な複合材料の素材中、超軽量素材であるハニカム構造体、特に、ハニカムサンドイッチ構造体は比強度（重さ当りの強度）の側面で他の材料と比較にならないほどの非常に優れた特性を有する。従って、航空及び宇宙産業、造船産業、自動車産業、建築産業、電子部品及びレジャースポーツ産業に至るまで堅固で且つ軽い材質を必要とする産業分野において広く用いられている。
一般に、ハニカム構造体は、米国特許第2,518,164号「Apparatus for producing composite sheet material」、いわゆる「Corrugation」方法と米国特許第2,983,640号「Method of making honeycomb」、いわゆる「Expansion」方法とからハニカムコアを正方形のブロックに形成し、必要な形態に切断して用いられている。しかし、正方形のハニカムコアを水平に切断して平板ハニカム構造体を形成することは容易であるが、望む曲面形態に切ってハニカム構造体を形成することは難しい。
曲面型のハニカム構造体を形成する方法の中には、平板型のハニカム構造体を物理的に曲げるか、あるいは切断又は接合させて必要な曲面形態を形成する方法がある。即ち、米国特許第6,272,897号の「Method of forming honeycomb panels into compound curved shapes」を見ると、ハニカムサンドイッチパネルを一定の形の金型に載せてプレス機で押し曲げることによって曲面形態のハニカム構造体を製造している。しかし、この場合、プレス機で押し加工する際にサンドイッチパネルの表面板材が裂けるため、この問題を解決するために、加工後、新しい表面板材を裂けた部分に覆って補強しなければならない問題がある。また、プレス機で押し加工すると、押さえられた部分の六角セルに歪みができたり、膨れるためそれ程構造体の強度が弱くなるという短所もある。

他の例を挙げれば、米国特許第5,126,183号「Curved paneling icluding honeycomb core material having crimps in one edge」を見ると、ハニカムサンドイッチ構造体を形成する前の段階であるハニカムコアを形成する過程において片方面にシワを与えて、他方面との長さを別にする方法で曲面形態のハニカムコアを形成するようにしている。しかし、この場合においても、コアを曲げられる方向が一方向に限定されており、多様な形態の部品を作り出せないという問題がある。
最大のハニカム製造会社である米国のＨｅｘｃｅｌ社や、Ｃｅｌｌｂｏｎｄ社、又はヨーロッパのＥＵＲＯ−Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ社等を見ると、ハニカム構造体を利用した部品を作る際に、今にまで、多くの部分を熟練した技術者の手作業に依存して切断し、曲げ込み、削り出し、また接着する等の方法で部品を作っているため生産速度が遅くて部品価格も高い。また、ハニカムコアを切り、機械加工する際に、大量の資材が残余物として除去されるため、提供される資材の量に比べて製品生産率が低いことも部品単価を高める原因となる。
本発明は、本発明と同一の出願人の韓国実用新案登録第０３５００６６号「ハニカム」と第０３５４８０８号「ハニカムパネル」に開示のハニカム、即ち、金属材平板やプラスチック材平板を持ってプレス成形又は真空成形で六角形柱が成形された六角形セル上板及び下板の２つを設け、それらの板を重ね接着し、また、表面材を両表面に付けてハニカム構造体を形成する方法をさらに改善させて、曲面形態のハニカム構造体を形成したものである。
米国特許第2,518,164号 米国特許第2,983,640号 米国特許第6,272,897号 米国特許第5,126,183号 韓国実用新案登録第0350066号 韓国実用新案登録第0354808号

従来、曲面型のハニカム構造体は、平板型のハニカム構造体を物理的に曲げるか、あるいは、切断又は接合しているが、このような方法は表面板材が裂けるようになり、ハニカムサンドイッチパネルをプレス機で押し加工する場合には、六角形のセルに歪みができてしまい強度が弱くなる問題があり、またハニカムコアの片方面にシワを与えて曲げ込む場合には曲げる方向が一方向にしかできないので、多様な形状のハニカム構造体の製造が困難であり、手作業によって切り出し、曲げ込み、削り出し、及び接着する方法は生産性が劣り、且つ資材の浪費が激しいことから、本発明においてはこのような従来の問題を解消し、望む用途に適合に金型を作製して多様な形状の曲面型のハニカム構造体をより簡単に作製することを技術的な課題としている。

本発明に係るハニカム構造体は、金属又はプラスチック材からなっており、金型によって曲面に形成されている上板と下板と、表面に六角形セル柱形状の凸部と凹部とを備えた金型により上記上板及び下板の表面からそれぞれ下方及び上方へ突出成形され、ハニカム構造をなしながら互いに噛み合うように結合及び接着されている多角形又は円柱型のセル柱と、種々の材質から構成され、上記セル柱が成形されていない上記上板及び下板の反対面に付着された曲面型上板表面材及び下板表面材と、から構成されることを特徴とする。
また、本発明に係る曲面型のハニカム構造体の製造方法は、金属又はプラスチック材質の平板を曲面からなる金型の間に配置し、これらを互いに圧着させて曲面板に成形するステップと、上記曲面板を多角形又は円柱型セル柱の形状の凸部と凹部とを備えた金型の間に配置し、プレス機又は真空成形機を用いてこれらの圧着により表面に多角形又は円柱型セル柱が突出するように形成するステップと、上記セル柱が形成された曲面板の一つは上板にし、他の一つは下板にして上記セル柱が互いに噛み合うように結合及び接着させてハニカムブロックを形成するステップと、上記セル柱がない表面には、各種材質の曲面型上板表面材と下板表面材をそれぞれ付着するステップと、からなることを特徴とする。

本発明は、金属又はプラスチック材質の各々の平板を六角形セル柱の形状が凸部と凹部とで成形された金型間に配置し、プレス機又は真空成形を使って曲面板に形成し、各々の曲面板の表面にハニカム構造の六角形セル柱を突出するように成形してこれらを互いに組み立て及び接着して、曲面型のハニカム構造体をより手軽に作製することによって、六角形セルに歪みができるか又は膨らむ等の不具合の問題が発生せず、構造体の強度も平板の場合とほとんど同一であり、且つ曲面板の形状を自由自在に変更できるだけでなく資材の浪費もないため、製品の生産率を高めることのできる効果がある。

以下、本発明を添付した図面に基づいて、より詳細に説明する。
添付図面において、図１は、本発明に係る曲面型のハニカム構造体の分解斜視図を示したもので、一番上側から曲面型上板表面材１２、表面から下方へ突出した六角形セル柱を有する曲面型上板８、表面から上方へ突出した六角形セル柱を有する曲面型下板１０、それから曲面型下板表面材１４から構成され、上記の板を全部結合させると図１０のような曲面型ハニカム構造体となる。
図２は、凹状上部金型２３と凸状下部金型２４との間に曲面板４、６に成形する金属又はプラスチック材質からなった平板２が配置されている状態を示すための側面図であって、平板の材質によって金型２３、２４を用いてプレス成形や真空成形により平板２を曲面板４、６に成形することができる。

図３は、六角形セル柱を下方へ突出するように成形する位置１６が表示されている図２の金型２３、２４を用いて作製した金属又はプラスチック材の曲面板４であり、図４は、これとは反対に、六角形セル柱を上方へ突出するように成形する位置１８が表示されている図２の金型２３、２４を用いて作製した金属又プラスチック材の曲面板６である。図５は、上記図３の曲面板４と図４の曲面板６とを結合した時を仮定した場合であって、符号ａとｂで示した六角形のセルが連続的に結合して、ハニカム構造を成しており、符号２０は符号ａとｂの六角セルが結合することにより自然に生じる六角セルの位置を示したものである。
本発明によれば、図２の金型２３、２４により曲面板４及び６を成形した後、曲面板４及び６は、図６に示すような六角形セル柱を成形するための凸部と凹部をそれぞれ有する金型２６、２８により、図７に示すような表面から下に突き出す六角形セル柱を備える曲面型上板８と、図８に示すような表面から下に突き出す六角形セル柱を有する曲面板下板１０とにそれぞれ成形される。

図６は、上記の六角形セル柱２２を有する曲面型上板８と曲面型下板１０とを成形する方法の一例を示すための金型２６、２８の側面図を示したものである。図６の左側図面に示したように、上部凹状と下部凸状の金型２６を用いて図７のように六角形セル柱２２が表面から下方へ突出した曲面型上板８を成形し、図６の右側図面に示したように、上部凸状と下部凹状の金型２８を用いて図８のように六角形セル柱２２が上方へ突出した曲面型下板１０を成形する。そして、これらを互いに結合させる場合には、図９のように、曲面型上板８と下板１０とへ突出するように成形されている六角形セル柱２２が互い噛み合うことになる曲面型ハニカム構造体が完成される。

図９の曲面型のハニカム構造体において、六角形セル柱２２の外部表面に接着剤を塗布し又は六角形セル柱２２の間に接着性溶融物質を挿入する。そして曲面型上板８と曲面型下板１０とを結合させる際、曲面型上板８の六角形セル柱２２が曲面型下板１０の六角形セル柱２２の間に挟まり込んで互いに噛み合うようにすると、全ての六角形セル柱が互いに接着されハニカム形態を成する。
上記した接着剤及び接着性溶融物質を用いない場合には、曲面型上板８及び曲面型下板１０を先に結合させた後、熱接着によって接着させることができる。
一方、図１０に示すように、様々な材料によりなる曲面型上板表面材１２と曲面型下板表面板１４が、六角形セル柱２２が成形されていない曲面型のハニカム構造体の曲面型上板８及び下板１０の反対面に接着される。この場合、表面材１２及び１４の接着は、反対面への接着剤又は接着性溶融物質の塗布、又は熱接着により行われる。従来の方法は、ハニカムコアと表面材の接着は線と面との間の接触部分においてなされるため接触面積が少なく接着強度が弱いことから、剥離現象が起こり易かったものの、本発明においては、図９のようなハニカム構造体と表面材の接着は面と面との間の接触部分においてなされるため、接着強度が増加して外部から物理的な力が与えられた時、損傷しにくくなる。

図１１乃至図１５は、図５で六角形セル柱の位置と対応する種々な形状を有する柱らの位置を示したものである。図１１乃至図１５に示されるように、六角形セル柱を備える曲面型上板及び下板を成形するための金型を作成後、曲面型上板と曲面型下板とを形成し結合して、曲面型ハニカム構造体を形成することができる。図１１乃至図１５における符号ａは、曲面型上板の表面から下方へ突出した種々な形状のセル柱の位置を示したものであり、符号ｂは、曲面型下板の表面から上方へ突出した種々な形状のセル柱の位置を示したものである。また、図１６は、セルの柱を非対称多角柱や種々な形状の柱、例えば、四角柱と八角柱との組み合わせや、円柱、八角柱、四角柱などの組み合わせから形成できることを示したのである。言い換えれば、曲面型上板のセル柱は、曲面型下板のセル柱とは異なる形状と大きさを有することができ、また、曲面型上板あるいは下板のセル柱は、互いに異なる形状と大きさを有することができる。

図１７と図１８は、六角形セル柱が表面から下方へ突出した上板８と六角形セル柱が表面から上方へ突出した下板１０とを成形した後、それぞれの六角形セル柱周辺に穴３０を開いた例を示したもので、このようにすれば、図１９のように、ハニカム構造体に形成するため接着する際、接着剤が接着表面に付着するのみならず、各穴３０の中に流入し、水平かつ垂直に接着されて接着力が向上し重量も低くなる効果がある。また、穴３０があけられることによって樹脂又は接着剤の溜まる現象を一部解消することもできる。

図２０、図２２、及び図２４は、金属板でプレスを用いて六角形セル柱を成形する際、成形性を高めるため、予め切断線３２を作って置いたことを示した図面である。ここで、符号３４は、六角形セル柱の位置を示したものであり、符号３６は、六角形セル柱が成形される曲面板である。一般に、金属板にプレスによりいくつかの六角形セル柱を立てることは容易ではない。また、六角形セル柱を深くプレスすることはさらに難しい。そこで、切断線３２を作ることにより、ディープドローイング効果が得られ、プレス加工の際に六角形セル柱を一層深く成形することができる。また、図２４のように、切断線３２をジグザグ形式に二重以上作り出せば、成形する際、ジグザグに連結した部分が広がりながら、縁部が成形する側にさらに多く巻き込まれることになるため、伸縮率の低い金属に用いることができる。図２１と２３は、図２０と図２２の曲面板をプレスして六角形セル柱を成形した曲面板の例をそれぞれ示し、そして、プレスによって曲面板上で拡がった切断線の変形形状をそれぞれ示している。切断線は、金属の伸縮率によってその模様と大きさを変更して、作製することができる。図２１と図２３における符号３８は、プレスによって加工された六角形セル柱であり、符号４０は、プレスによって拡がった切断線であり、それから符号３６は、六角形セル柱が成形される曲面板である。

また、六角形セル柱が突出した曲面型上板８と曲面型下板１０とを形成する際には、必要によって活用可能な多様な材質を用いることができ、その材質による適合な加工方法としては、例えば、射出成形、ＳＭＣ（Sheet Molding Compound）、ＢＭＣ（Bulk Molding Compound）、パルプ成形（Pulp Molding）、ＲＩＭ（Reaction Injection Molding）、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）等の成形方法を用いて図７と図８のような六角形セル柱を有する曲面板を形成し結合させてハニカム構造体を形成することができる。六角形セル柱を有する曲面板を作るまた他の方法としては、伸縮性の優れた織物又は不織布を樹脂に含浸させ、図７と図８のような六角形セル柱が突出できるように枠組みに入れて押し固める方法を取って構造体を形成することができる。

本発明の曲面型ハニカム構造体の製造方法は、例えば、自動車や飛行機の外形のように流線型構造物を大量に生産することのできる分野に適用可能である。

本発明にかかる曲面型のハニカム構造体の分解斜視図である。 凹状の上部金型と凸状の下部金型間に曲面板に成形される平板が配置されている状態を示すための側面図である。 六角形セル柱を下方へ突出するように成形する部位が表示されている図２の金型で成形された曲面板の斜視図である。 六角形セル柱を上方へ突出するように成形する部位が表示されている図２の金型で成形された曲面板の斜視図である。 図３の曲面板と図４の曲面板とを結合した時を仮定した場合、六角形のセルが連続的に結合してハニカム構造をなしていることを示すための曲面板の斜視図である。 六角形のセル柱を有する曲面型の上板と下板とを成形するための金型の側面図である。 図６の金型により成形された表面から下方へ突出した六角形セル柱を有する上板の斜視図である。 図６の金型により成形された表面から上方へ突出した六角形セル柱を有する下板の斜視図である。 図７と図８の上板と下板とを六角形セル柱の方向に互いに噛み合うように結合させて作製したハニカムブロックの斜視図である。 図９のハニカムブロックの上板及び下板の両表面に表面材を付着させた曲面型ハニカム構造体の結合斜視図である。 図５の六角形セル柱の位置の代わりに変形された六角形セル柱の位置をハニカム構造で表示した曲面板の平面図である。 図５の六角形セル柱の位置の代わりに変形された八角形セル柱の位置をハニカム構造で表示した曲面板の平面図である。 図５の六角形セル柱の位置の代わりに変形された四角形セル柱の位置をハニカム構造で表示した曲面板の平面図である。 図５の六角形セル柱の位置の代わりに変形された八角形セル柱の位置をハニカム構造で表示した曲面板の平面図である。 図５の六角形セル柱の位置の代わりに変形された円形セル柱の位置をハニカム構造で表示した曲面板の平面図である。 図５の六角形セル柱の位置の代わりに組み合わせた多角形セル柱の位置をハニカム構造で表示した曲面板の平面図である。 図７の成形された六角形セル柱を有する上板と下板とに穴を開いた例を示した曲面板の斜視図である。 図８の成形された六角形セル柱を有する上板と下板とに穴を開いた例を示した曲面板の斜視図である。 図１７と図１８を重ねて形成した穴の開いたハニカムブロックの斜視図である。 六角形セル柱をプレスで加工する前に予め切断線を引いた状態を示すための曲面板の平面図である。 図２０をプレス加工で六角形セル柱を完成した状態示すための曲面板の平面図である。 六角形セル柱をプレスで加工する前に予め切断線を引いた状態を示すための曲面板の平面図である。 図２２をプレス加工で六角形セル柱を完成した状態示すための曲面板の平面図である。 六角形セル柱をプレスで加工する前に二重で切断線を加工した状態を示すための曲面板の平面図である。

符号の説明

２、４ 曲面板、６ 曲面板、８ 曲面型上板、１０ 曲面型下板、１２ 曲面型上板表面材、１４ 曲面型下板表面材、１６、１８、２０、２２ 六角形セル柱、２３ 凹状上部金型、２４ 凸状下部金型、２６ 金型、２８ 金型、３０ 穴、３２ 切断線、３４ 六角形セル柱の位置、３６ 六角形セル柱が成形される曲面板、３８ プレスによって加工された六角形セル柱、４０ プレスによって拡がった切断線

Claims (10)

1. 金属又はプラスチック材からなっており、金型によって曲面に形成されている上板と下板と、
   表面に六角形セル柱形状の凸部と凹部とを備えた金型により上記上板及び下板の表面からそれぞれ下方及び上方へ突出成形され、ハニカム構造をなしながら互いに噛み合うように結合及び接着されている多角形又は円柱型のセル柱と、
   種々の材質から構成され、上記セル柱が成形されていない上記上板及び下板の反対面に付着された曲面型上板表面材及び下板表面材と、から構成されることを特徴とする曲面型のハニカム構造体。
2. 上記多角形セル柱は、六角形セル柱、三角形セル柱、四角形セル柱又は八角形セル柱を含むことを特徴とする請求項１に記載の曲面型のハニカム構造体。
3. 上記セル柱を有する上記上板及び上記下板のそれぞれのセル柱の周辺に穴が開いていることを特徴とする請求項１に記載の曲面型のハニカム構造体。
4. 上記上板と上記下板は、射出成形、ＳＭＣ、ＢＭＣ、パルプ成形、ＲＩＭ、又はＲＴＭの成形方法により、金属又はプラスチック材のみならず他の材料からも成形されることを特徴とする請求項１に記載の曲面型のハニカム構造体。
5. 金属又はプラスチック材質の平板を曲面からなる金型の間に配置し、これらを互いに圧着させて曲面板に成形するステップと、
   上記曲面板を多角形又は円柱型セル柱の形状の凸部と凹部とを備えた金型の間に配置し、プレス機又は真空成形機を用いてこれらの圧着により表面に多角形又は円柱型セル柱が突出するように形成するステップと、
   上記セル柱が形成された曲面板の一つは上板にし、他の一つは下板にして上記セル柱が互いに噛み合うように結合及び接着させてハニカムブロックを形成するステップと、
   上記セル柱がない表面には、各種材質の曲面型上板表面材と下板表面材をそれぞれ付着するステップと、からなることを特徴とする曲面型ハニカム構造体の製造方法。
6. 上記多角形セル柱は、六角形セル柱、三角形セル柱、四角形セル柱又は八角形セル柱を含むことを特徴とする請求項５に記載の曲面型のハニカム構造体の製造方法。
7. 上記曲面板には、成形性を高めるために、上記セル柱を形成する部位に切断線を予め作って置き、上記セル柱を成形することを特徴とする請求項５に記載の曲面型ハニカム構造体の製造方法。
8. 上記セル柱の接着は、該当セル柱の外部表面に接着剤を塗布するか、又は接着性溶融物質を上記セル柱の間に挿入して接着させ、あるいは上記セル柱が突出している上記曲面型上板と下板を先に結合させた後、熱接着により、接着させることを特徴とする請求項５に記載の曲面型ハニカム構造体の製造方法。
9. 上記セル柱を有する上板及び下板のそれぞれのセル柱周辺に穴があいていることを特徴とする請求項５に記載の曲面型のハニカム構造体の製造方法。
10. 上板と下板の材質は、射出成形、ＳＭＣ、ＢＭＣ、パルプ成形、ＲＩＭ、又はＲＴＭの成形方法により、金属又はプラスチック材のみならず他の材料からも成形されることを特徴とする請求項５に記載の曲面型のハニカム構造体の製造方法。