JP2019107850A - ハニカムパネルの圧縮強度発現構造 - Google Patents

Abstract

【課題】第１に、せん断破壊等が抑制され、第２に、しかもこれが簡単容易に実現される、ハニカムパネルの圧縮強度発現構造を提案する。【解決手段】本発明の圧縮強度発現構造は、セル壁５にて区画形成された中空柱状の多数のセル６の平面的集合体よりなるハニカムコア１について、その両開口端面にスキン材７，８が接合された、ハニカムパネル９に関する。そしてフロント側のスキン材７は、各パート板１０の集合体よりなる。各パート板１０は多角形状をなし、非連続で平面的に配置されると共に、ハニカムコア１の開口端面にそれぞれ個別に接合されている。もって、フロント側のスキン材７は、その各パート板１０により、それぞれ負荷された外力を、ハニカムコア１に対しそのまま負荷方向Ｇに伝播して、他方向への伝播を抑制する。もってハニカムコア１は、圧縮強度を発現して変形や破壊が抑制される。【選択図】図１

Description

本発明は、ハニカムパネルの圧縮強度発現構造に関する。すなわちハニカムパネルについて、ハニカムコアの圧縮強度を、強制的に発現させる構造に関するものである。

《技術的背景および従来の技術》
図２に示したように、ハニカムコア１の両開口端面に、１枚板製の表面板のスキン材２，３を接合したハニカムパネル４が、ハニカムコア１の特性を生かし、従来より各種用途に使用されている。
すなわち、ハニカムコア１の重量比強度，その他に優れるという特性を生かし、例えば、爆轟負荷用，爆発負荷用，衝撃負荷用，防弾用等々の壁板材として使用されている。

ハニカムパネルに関する従来技術としては、例えば次の特許文献１，２に示されたものが挙げられる。
特開２００５−１１９２３６号公報 特開２００９−０６６７８４号公報

ところで、このような従来のハニカムパネル４については、次の問題が課題として指摘されていた。
図２に示したように、使用に際し外力Ａが負荷されると、ハニカムコア１そしてハニカムパネル４が、その特性にも拘わらず破壊されてしまうことが、多々あった。ハニカムパネル４の背面側等に、その曲げ変形を抑制するクランプ等の固定が存しない使用状態の場合、破壊が発生し易かった。
すなわち、外力Ａが負荷されると、→ハニカムパネル４について、フロント側のスキン材２側に圧縮力Ｂが作用し、リア側のスキン材３側に引張力Ｃが作用して、ハニカムコア１にせん断力Ｄが作用する。
→もって従来のハニカムパネル４は、ハニカムコア１が曲げ変形し、遂にはせん断破壊Ｅされるに至ることが、多々あった。

これらについて、更に詳述する。まず、図２の（１）図に示したように、外力Ａがハニカムパネル４に、負荷方向（図示例では鉛直方向）Ｇから負荷されると、→外力Ａは、まず１枚板製のフロント側のスキン材２を、負荷方向Ｇと直交方向（図示例では水平方向）Ｈに伝播される傾向が大である。
このように、負荷方向（鉛直方向）Ｇから負荷された外力Ａは、最初に到着するフロント側のスキン材２が１枚板構造よりなることに起因して、その多くが直交方向（水平方向）Ｈへと、伝播される。
→もってハニカムパネル４は、図２の（２）図に示したように、フロント側のスキン材２側に圧縮力Ｂが作用し、リア側のスキン材３側に引張力Ｃが作用して、ハニカムコア１にせん断力Ｄが作用し、曲げモーメントも作用する。
→これに対しハニカムコア１では、圧縮応力，引張応力，せん断応力が、それぞれが発生するが、→遂には、図２の（３）図に示したように、ハニカムコア１そしてハニカムパネル４が曲げ変形し、せん断破壊Ｅするに至ることが多々あった。
ハニカムコア１は、せん断破壊Ｅと圧縮破壊Ｆとが混在した破壊挙動を示すが、せん断破壊Ｅが特に顕著化する。

ハニカムコア１の最大の特性は、優れた重量比強度，強力な圧縮強度にあるが、従来例では、せん断強度に大きく勝るこのような圧縮強度が、発現されていなかった。外力Ａの運動エネルギーに基づく荷重を、ハニカムコア１の最大特性の圧縮強度によっては、吸収できていなかった。
すなわち、従来のハニカムパネル４では、負荷方向（例えば縦の鉛直方向）Ｇから負荷される外力Ａが、直交方向（横の水平方向）Ｈへと伝播されてしまうので、ハニカムコア１の重量比強度，圧縮強度に優れるという特性が、発揮できていなかった。

《本発明について》
本発明のハニカムパネルの圧縮強度発現構造は、このような実情に鑑み、上記従来技術の課題を解決すべくなされたものである。
そして本発明は、第１に、せん断破壊等が抑制され、第２に、しかもこれが簡単容易に実現される、ハニカムパネルの圧縮強度発現構造を提案することを目的とする。

《各請求項について》
このような課題を解決する本発明の技術的手段は、特許請求の範囲に記載したように、次のとおりである。
請求項１については、次のとおり。
請求項１のハニカムパネルの圧縮強度発現構造は、セル壁にて区画形成された中空柱状の多数のセルの平面的集合体よりなるハニカムコアについて、その両開口端面にスキン材が接合された、ハニカムパネルに関する。
そして、少なくともフロント側の該スキン材は、各パート板の集合体よりなること、を特徴とする。
請求項２については、次のとおり。
請求項２のハニカムパネルの圧縮強度発現構造では、請求項１において、フロント側の該スキン材は、その各該パート板が、それぞれ多角形状をなし、非連続で平面的に配置されると共に、該ハニカムコアの開口端面にそれぞれ個別に接合されていること、を特徴とする。
請求項３については、次のとおり。
請求項３のハニカムパネルの圧縮強度発現構造では、請求項２において、フロント側の該スキン材は、その各該パート板が、負荷された外力を、該ハニカムコアに対しそのまま負荷方向に伝播して、他方向への伝播を抑制する。もって該ハニカムコアは、圧縮強度を発現して変形や破壊が抑制されること、を特徴とする。

《作用等について》
本発明は、このような手段よりなるので、次のようになる。
（１）本発明のハニカムパネルは、フロント側のスキン材を各パート板の集合体とした構造を、採用してなる。
（２）そして代表的には、爆轟負荷用，爆発負荷用，衝撃負荷用，防弾用等として、使用される。
（３）もって、これらにより負荷される外力は、フロント側のスキン材の各パート板により、負荷方向のままハニカムコアへと伝播される。
（４）ハニカムコアは、このように伝播された外力に対し、その最大特性である優れた重量比強度を発現する。負荷方向と一致するセル軸方向について、強力な圧縮強度を発現する。
（５）このように、本発明のハニカムパネルによると、スキン材を各パート板の集合体としたことにより、ハニカムコアの圧縮強度が強制的に発現され、もって曲げ変形そしてせん断破壊発生が抑制される。
（６）そして、このような圧縮強度発現構造は、ハニカムパネルのフロント側のスキン材を、各パート板の集合体としたことにより、簡単容易に実現される。
（７）そこで、本発明は次の効果を発揮する。

《第１の効果》
第１に、せん断破壊の発生等が抑制される。
本発明のハニカムパネルの圧縮強度発現構造では、フロント側のスキン材を各パート板の集合体としたことにより、外力をハニカムコアに対し負荷方向のまま伝播する。
もって、本発明のハニカムパネルでは、ハニカムコアの特性である圧縮強度が強制的に発現されるようになり、前述したこの種従来例に比し、曲げ変形やせん断破壊発生が抑制される。

《第２の効果》
第２に、しかもこれが簡単容易に実現される。
本発明のハニカムパネルの圧縮強度発現構造は、上述した第１の効果を、スキン材についてパート板を採用したことにより、簡単な構造により容易に実現される。
もって製造に手間取ることもなく、コスト面に優れて製造可能であると共に、広く各種用途に容易に使用可能である。
このように、この種従来技術に存した課題がすべて解決される等、本発明の発揮する効果は、顕著にして大なるものがある。

本発明に係るハニカムパネルの圧縮強度発現構造について、発明を実施するための形態の説明に供する。そして（１）図は、パート板の拡大した斜視説明図、（２）図は、フロント側のスキン材の斜視説明図、（３）図は、ハニカムパネルの正面説明図、（４）図は、ハニカムパネルへの外力伝播の正面説明図である。 この種従来例の説明に供する。そして（１）図は、ハニカムパネルへの外力伝播の正面説明図、（２）図は、ハニカムパネルの曲げ変形の正面説明図、（３）図は、ハニカムパネルの圧縮破壊やせん断破壊の正面説明図である。 ハニカムコアの斜視図である。

以下、本発明について、図１等を参照して詳細に説明する。
《本発明の概要》
まず、本発明の概要については、次のとおり。
本発明の圧縮強度発現構造は、ハニカムパネル９に関する。すなわち、セル壁５にて区画形成された中空柱状の多数のセル６の平面的集合体よりなるハニカムコア１について、その両開口端面にスキン材７，８が接合された、ハニカムパネル９に関する。
そして、少なくともフロント側スキン材７は、各パート板１０の集合体よりなる。そして各パート板１０は、それぞれ多角形状をなし、非連続で平面的に配置されると共に、ハニカムコア１の開口端面にそれぞれ個別に接合されていること、を特徴とする。
本発明の概要については、以上のとおり。以下、このような本発明について、更に詳述する。

《ハニカムパネル９について》
まず、ハニカムパネル９について、一般的に説明する。
ハニカムパネル９の芯材であるハニカムコア１は、図３にも示したように、セル壁５にて区画形成された、中空柱状の多数の空間であるセル６の平面的集合体よりなる。
もって重量比強度に優れており、特に軽量性やセル軸方向Ｊの圧縮強度，剛性等に優れており、更に平面精度にも優れる、その他の特性を備えている。
ハニカムコア１の母材としては、アルミニウム，その他金属，プラスチック，繊維強化プラスチック，セラミック等が用いられる。セル壁５やセル６の断面形状は、図示の正六角形が代表的であるが、略三角形，略四角形，その他各種形状のものも可能である。
そしてハニカムコア１は、図１の（３）図に示したように、セル軸方向Ｊを、フロント側（図示例ではアッパーＵＰＲ側）とリア側（図示例ではロアＬＷＲ側）とに向けると共に、セル壁５やセル６の開口端面に、スキン材７，８が、表面板として接着等により接合され、もって、ハニカム（サンドイッチ）パネル９が形成されている。
スキン材７，８の母材については、ハニカムコア１の母材に準じる。

《スキン材７，８について》
次に、本発明のスキン材７，８について、説明する。
このハニカムパネル９のフロント側のスキン材７は、図１の（１）図に示したパート板１０を、図１の（２）図，（３）図に示したように多数、平面的に集合せしめた構造よりなる。
なおリア側のスキン材８は、このようなフロント側のスキン材７と同様の構造としてもよいが、これによらず、図示のように一般的な１枚板製としてもよい。つまり、前述した従来例のスキン材２，３（図２を参照）と同様、１枚板構造であってもよい。
さて、フロント側のスキン材７を構成する各パート板１０は、それぞれ多角形状をなす。図示例では六角形状をなす。そして、フロント側のスキン材７は、通常このような同一形状の各パート板１０の集合体よりなるが、形状が異なるパート板１０の集合体とすることも可能である。
そして各パート板１０は、個体間が非連続，非連結で、略グリッド状，群体状に、隙間なく密接して、平面的に配置されると共に、ハニカムコア１のセル壁５の開口端面に対し、それぞれ個別に接合されている。

《フロント側のスキン材７の機能》
次に、このようなフロント側のスキン材７の機能について、説明する。
フロント側のスキン材７は、その各パート板１０が、それぞれ負荷された外力を、ハニカムコア１に対し、そのまま負荷方向Ｇにそれぞれ伝播すると共に、他方向への伝播を抑制する。
すなわち、図１の（４）図に示したように、外力Ａがハニカムパネル９に、負荷方向（図示例では縦の鉛直方向）Ｇから負荷されると、→外力Ａは、フロント側のスキン材７に、まず到達する。そしてスキン材７を経由し、→そのままハニカムコア１へと、負荷方向（鉛直方向）Ｇから伝播される。
→このように外力Ａは、負荷方向（鉛直方向）Ｇのまま、直線的にハニカムコア１へと伝播される。
→スキン材７が、非連続，非連結のパート板１０の集合体よりなるので、外力Ａが、負荷方向Ｇに対し直交方向（横の水平方向）（図２の（１）図の従来例を参照）Ｈへと伝播されることは、遮断され回避される。
このように、負荷された外力Ａは、スキン材７のパート板１０により、そのまま負荷方向Ｇからハニカムコア１へと伝播される。

《作用等》
本発明のハニカムパネル９の圧縮強度発現構造は、以上説明したように構成されている。そこで以下のようになる。
（１）本発明は、ハニカムパネル９について、圧縮強度を強制的に発現させる構造を採用してなる。すなわち、フロント側のスキン材７を、各パート板１０の集合体とした構造を採用してなる（図１の（１）図，（２）図，（３）図等を参照）。

（２）ハニカムパネル９は、ハニカムコア１の重量比強度に優れる等々の特性を生かし、各種用途に使用されている。
そして本発明のハニカムパネル９は、その圧縮強度発現構造に基づき、爆轟負荷用，爆発負荷用，衝撃負荷用，防弾用等の壁板材として、代表的に使用される（特に、背面等に曲げ変形を抑制するクランプ等の固定が存しない使用状態において、使用される）。
例えば、気体の燃焼時の熱膨張が音速を超えて衝撃波を伴う爆轟や、一般的な爆発に対応する、衝撃波用，防爆用として使用される。又、弾丸に対する防弾用、その他の衝撃荷重用として使用される。

（３）そして、これらによる外力Ａが、負荷方向（鉛直方向）Ｇから、ハニカムパネル９に負荷されると、次のようになる。
すなわち、フロント側から負荷された外力Ａは、フロント側のスキン材７の各パート板１０により、負荷方向（鉛直方向）Ｇのまま分力化されて、ハニカムコア１へと伝播される（図１の（４）図を参照）。
前述したこの種従来例のハニカムパネル４のように（図２の（１）図を参照）、フロント側の１枚板構造のスキン材２により、負荷方向（鉛直方向）Ｇに対し直角方向（水平方向）Ｈに、方向を変えて伝播されることは、本発明では回避される。

（４）そこでハニカムコア１は、伝播された外力Ａに対し圧縮強度を発現する。すなわち、ハニカムコア１の最大特性は、重量比強度つまりセル軸方向Ｊの圧縮強度，剛性にあり、セル軸方向Ｊの荷重に対して強力な圧縮強度，剛性を発揮する。
そして、その圧縮強度，剛性の発現により、負荷方向（鉛直方向）Ｇからの外力Ａ、つまりセル軸方向Ｊの荷重に対し、十分な応力で強力に対応し、その運動エネルギーに基づく荷重を吸収する。

（５）このように、このハニカムパネル９のハニカムコア１にあっては、外力Ａが負荷方向Ｇ，セル軸方向Ｊから加わるので、その特性である圧縮強度が、強制的に強力に発現される。
もって、負荷された外力Ａによる曲げ変形発生やせん断破壊Ｅ発生は、抑制される。すなわち、この種従来例のハニカムパネル４のように、圧縮力Ｂ，引張力Ｃ，せん断力Ｄ，曲げモーメント等が作用することは、回避される。
ハニカムパネル９やハニカムコア１が、曲げ変形し（図２の（２）図を参照）、せん断破壊Ｅすること（図２の（３）図を参照）は防止される。勿論、圧縮破壊Ｆも大幅削減される。

（６）そして、このように作用する圧縮強度発現構造のハニカムパネル９は、フロント側のスキン材７を、各パート板１０の集合体とした構造よりなる。もって上述した作用を、簡単容易に実現する。
本発明の作用等については、以上のとおり。

Ａ 外力
Ｂ 圧縮力
Ｃ 引張力
Ｄ せん断力
Ｅ せん断破壊
Ｆ 圧縮破壊
Ｇ 負荷方向（鉛直方向）
Ｈ 直交方向（水平方向）
Ｊ セル軸方向
１ ハニカムコア
２ フロント側のスキン材（従来例）
３ リア側のスキン材（従来例）
４ ハニカムパネル（従来例）
５ セル壁
６ セル
７ フロント側のスキン材（本発明）
８ リア側のスキン材（本発明）
９ ハニカムパネル（本発明）
１０ パート板

Claims (3)

1. セル壁にて区画形成された中空柱状の多数のセルの平面的集合体よりなるハニカムコアについて、その両開口端面にスキン材が接合された、ハニカムパネルにおいて、
   少なくともフロント側の該スキン材は、各パート板の集合体よりなること、を特徴とするハニカムパネルの圧縮強度発現構造。
2. 請求項１において、フロント側の該スキン材は、その各該パート板が、それぞれ多角形状をなし、非連続で平面的に配置されると共に、該ハニカムコアの開口端面にそれぞれ個別に接合されていること、を特徴とするハニカムパネルの圧縮強度発現構造。
3. 請求項２において、フロント側の該スキン材は、その各該パート板が、負荷された外力を、該ハニカムコアに対しそのまま負荷方向に伝播して、他方向への伝播を抑制し、
   もって該ハニカムコアは、圧縮強度を発現して変形や破壊が抑制されること、を特徴とするハニカムパネルの圧縮強度発現構造。

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