JP3224109U - 高分子基材の複合材料からなる支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】高い支持強度及び耐荷重性を得るために、高分子基材及び補強用繊維で製造された、軽量且つ相当な支持強度の特性を有する芯材を用いた高分子基材の複合材料からなる支持構造を提供する。【解決手段】高分子基材及び補強用繊維で作られた支持構造である芯材１０と、二枚の面板２０とを備え、芯材１０が、対向する両端部１０１を有し、二枚の面板２０がそれぞれ、両端部１０１に接合される支持構造であって、芯材１０は、一対以上有する構造部材１１を含み、各構造部材１１は、平板状を呈すると共に、二枚の面板２０の間に延在するように形成される複数の接合部１１１を有し、各構造部材の複数の接合部１１１は、間隔をおいて設置されると共に、各一対である構造部材の二つの接合部１１１が向かい合うように接合される。【選択図】図２

Description

本考案は、特に軽量で支持強度の高い高分子基材の複合材料からなる支持構造に関するものである。

従来のサンドイッチ構造は一般に、芯材と二枚の面板を備え、該芯材は、対向する両端部を有し、該二枚の面板はそれぞれ、該芯材の対向する両端部に接合され、該二枚の面板の間の芯材には、穴が設けられているため、より小さいな密度を有し、また、該芯材の厚さは、各面板の厚さより厚く、即ち、該二枚の面板の間の距離は、各面板の厚さより大きいことから、より大きな慣性モーメントを有するので、サンドイッチ構造は、軽量、高剛性，及び高支持強度の特性を具備している。

従来のサンドイッチ構造の芯材の殆どが、クラフト紙又はアルミニウムでできており、そのうち、クラフト紙からなる芯材は、重量が軽いという利点はあるが、支持強度がいまいちで、あまり重いものを支えられなく、一方、アルミニウムからなる芯材は、優れた支持強度という利点はあるが、重量の面がいまいちで、軽量化を図る構造とは言えない。

従来のサンドイッチ構造の芯材の関連技術は、同じ厚さ及び重量の条件で、より高い支持強度及び耐荷重性を得るために、改良する余地があった。

本考案は、前記従来技術に鑑みてなされたものであって、同じ厚さ及び同じ重量の条件で、高い支持強度及び耐荷重性を得るために、高分子基材及び補強用繊維で製造された、軽量で且つ相当な支持強度の特性を有する芯材を用いた高分子基材の複合材料からなる支持構造を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本考案は、高分子基材及び補強用繊維で作られた支持構造である芯材を備えることを特徴とする。

二枚の面板を備え、前記芯材は、対向する両端部を有し、該二枚の面板がそれぞれ、該両端部に接合されることを特徴とする。

前記芯材は、一対以上有する構造部材を含み、該各構造部材は、平板状を呈すると共に、前記二枚の面板の間に延在するように形成される複数の結合部を有し、該各構造部材の複数の接合部は、間隔をおいて設置されると共に、各一対である該構造部材の二つの接合部が向かい合うように接合されることを特徴とする。

前記芯材は、一対以上有する構造部材を含み、該各構造部材は、波線状を呈すると共に、前記二枚の面板の間に延在するように形成される複数の結合部を有し、各一対の該構造部材の二つの接合部は、向かい合うように突設接合されることを特徴とする。

前記各構造部材は、順に接続される複数の空間を含み、各空間は、開口部と底部とを有し、該複数の空間において、隣接する二つの空間の二つの開口部は、反対方向に向かい、該各構造部材の複数の結合部はそれぞれ、該各複数の空間の底部に位置することを特徴とする。

前記各空間の断面が台形であることを特徴とする。

前記各空間の断面が弧形であることを特徴とする。

本考案が提供した技術手段には、以下のメリットを有する。
１. 本考案に係る高分子基材の複合材料からなる支持構造においては、該芯材が高分子基材及び補強用繊維で作られるので、従来技術と同じ厚さ及び重量の条件で、より高い支持強度及び耐荷重性を得られる。
２. 本考案に係る高分子基材の複合材料からなる支持構造の製造方法においては、積層ステップにて、本考案の高分子基材の複合材料からなる支持構造の所要の支持方向を予め想定して、各層の繊維の軸線方向の配列を設計することで、各構造部品の支持強度をさらに高めると共に、各構造部材の厚さと重量を同時に低減している。

本考案の好適な実施形態の外観斜視図である。 本考案の好適な実施形態の分解図である。 本考案に係る芯材の斜視図である。 本考案に係る芯材の平面図である。 本考案に係る他の芯材の平面図である。 本考案に係るさらに他の芯材の断面模式図である。 本考案に係るフローチャートである。 本考案における熱間圧造成型ステップを示す模式図である。 本考案におけるロール成型ステップを示す模式図である。 本考案における芯材製造ステップを示す模式図である。 本考案に係る他の好適な実施形態の分解図である。 本考案に係る他の好適な実施形態の外観斜視図である。

本考案の技術特徴及び実用効果を詳しく理解し、且つ明細書の内容に基づいて実現できるように、以下では、図面に示す好適な実施例により詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、本考案の好適な実施形態における高分子基材の複合材料からなる支持構造は、芯材１０と二枚の面板２０を備える。

図２、図３及び図４に示すように、前記芯材１０は、高分子基材及び補強用繊維からなると共に、対向する両端部１０１と一対以上の構造部材１１とを含み、該各構造部材１１は、間隔をおいて設置される複数の接合部１１１を含み、該各接合部１１１は、長尺状でありながら、該芯材１０の両端部１０１に延伸し、各一対とする該構造部材１１における二つの構造部材１１の二つの接合部１１１は、向かい合うように接合され、該複数の接合部１１１は、接着剤を用いて接合するか、又は各一対の、該構造部材１１における二つの構造部材１１に直接に熱と圧力を加えることにより、高分子基材を拡散させて、該二つの構造部材１１を接合させる。また、図４及び図５に示すように、前記各構造部材１１は、波線状を呈すると共に、順に接続される複数の空間１１２を含み、該各空間１１２は、前記芯材１０の両端部１０１に延伸すると共に、開口部１１２１と底部とを有し、該複数の空間１１２における、隣接する二つの空間１１２の二つの開口部１１２１は、互いに反対方向を向き、該各構造部材１１の複数の結合部１１１はそれぞれ、該各複数の空間１１２の底部に位置し、該各複数の空間１１２の底部に位置する結合部１１１は、該空間１１２の開口部１１２１に対して反対方向を向いている。

さらに、図６に示すように、前記各構造部材１１は平板状であり、前記複数の接合部１１１に接着剤Ｃを塗布するか、又は熱を加えることにより、該二つの構造部材１１の接合部１１１同士が向かい合うように接合される。

図１〜図４に示すように、前記各空間１１２は、台形を呈する断面を有することで、前記芯材１０は、正六角形を呈するハニカム構造を成し、該正六角形のハニカム構造は、高い支持強度及び良好な面積利用率という特徴を持つことから、長きに亘り建築や航空宇宙など様々な産業に幅広く使用されている。また、正三角形、正四角形、正六角形しか隙間なく繰り返し並べることができなく、さらに、正六角形は、正三角形や正四角形よりも辺が多いため、正六角形からなるハニカム構造は、正三角形や正四角形からなるのよりも支持強度に優れている。

さらに、図５に示すように、前記各空間１１２は、弧形を呈する断面を有し、前記各構造部材１１に対して、断面が台形または弧形であるにもかかわらず、複数の接合部１１１は、接着剤を用いて接合するか、又は各一対の、構造部材１１における二つの構造部材１１に直接に熱と圧力を加えることにより、高分子基材を拡散させて、該二つの構造部材１１を向かい合うように接合させて構造部材１１を一対とする。

図７に示すように、本考案に係る高分子基材の複合材料からなる支持構造の製造方法は、予浸材製造ステップＳ１と、積層ステップＳ２と、成型ステップＳ３と、芯材製造ステップＳ４と、裁断ステップＳ５と、面板結合ステップＳ６とを含む。

予浸材製造ステップＳ１：補強用繊維を高分子基材内に含浸させて予浸材とし、該補強用繊維は、主な荷重を支え、材料の剛性を高め、材料の疲労や変形に抵抗するために使用する。一般的によく見られる補強用繊維は、ガラス繊維、炭素繊維とアラミド繊維（例えば、ケブラー繊維）などであり、高分子基材は、応力を伝達し、補強用繊維を固定するために使用され、一般的によく見られる高分子基材は主に、熱可塑性タイプと熱硬化性タイプの二種類があり、そのうち、熱可塑性高分子基材には、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などがあり、熱硬化性高分子基材には、エポキシ樹脂（ｅｐｏｘｙ）や不飽和ポリエステル樹脂（ＵＰ）などがある。

積層ステップＳ２：予浸材を一層ずつ所定の厚さまで積層させる。この積層する工程によれば、前記各構造部材１１の厚さに応じて予浸材の積層数を設計できるだけでなく、ガラス繊維や炭素繊維、アラミド繊維などの補強用繊維は、軸線方向の支持強度がより優れているため、本考案の高分子基材の複合材料からなる支持構造支持方向を予め想定して、各層の繊維の軸線方向の配列を設計することもできるので、各構造部材の支持強度をさらに高めることができる。

成型ステップＳ３：積層済みの予浸材を接着により固定させて芯材１０の構造部材１１とする。成型方法には様々な種類があり、例えば、接触成型方法、熱間圧造成型方法、ロール成型方法、ブロー成型方法などが挙げられるが、ここでは、接触成型方法と、図８に示した熱間圧造成型方法と、図９に示したロール成型方法を例として説明する。

接触成型方法：前記積層ステップＳ２において接着剤を塗布した箇所を向かい合うように接合し、接着剤が乾燥した後、積層済みの予浸材を積層の方向に沿って広げ、前記芯材１０の構造部材１１を得る。或いは、予浸材に熱硬化性のエポキシ樹脂または不飽和ポリエステル樹脂を間隔をおいて塗布し、さらに、予浸材における熱硬化性のエポキシ樹脂または不飽和ポリエステル樹脂を塗布していない箇所に、予浸材同士が相互に接触するのを防ぎ、離形効果をもたらすテフロン（登録商標）布を間隔をおいて配置し、そして、予浸材における熱硬化性のエポキシ樹脂または不飽和ポリエステル樹脂を塗布している箇所を加熱して、エポキシ樹脂または不飽和ポリエステル樹脂の温度を、ガラス転移温度（Ｔｇ）以上にして、エポキシ樹脂または不飽和ポリエステル樹脂と予浸材における熱硬化性を有する基材とを接合させる。

熱間圧造成型方法：図８に示すように、積層済みの予浸材を二つの金型Ｍの間に入れて、該積層済みの予浸材をその高分子基材のガラス転移温度を超えるように加熱し、積層済みの予浸材を加圧して、基材を緊密に密着させることにより、積層済みの予浸材の高分子基材を接合させ、そして、積層済みの予浸材の高分子基材の温度をガラス転移温度以下に下げてから離型させる。例えば、積層済みの予浸材の高分子基材のガラス転移温度が１５０℃の場合、熱間圧造温度を１９０℃〜２４０℃まで加熱し、且つ積層済みの予浸材に１ＭＰａ〜１５ＭＰａまで圧力をかける必要がある。また、例えば、積層済みの予浸材の高分子基材のガラス転移温度が１８０℃の場合、熱間圧造温度を２２０℃〜３００℃まで加熱し、且つ積層済みの予浸材に１ＭＰａ〜１５ＭＰａまで圧力をかける必要がある。

熱可塑性高分子基材を用いる予浸材を加熱する目的は、熱可塑性高分子基材の温度をガラス転移温度以上にし、熱可塑性高分子基材を流動させて、積層済みの予浸材の間に拡散させ、さらに熱硬化性高分子基材の粘度によって接合することである。

一方、熱硬化性高分子基材を用いる予浸材を加熱する目的は、熱硬化性高分子基材の温度をガラス転移温度以上にして硬化させ、積層済みの予浸材を接合させることである。

ロール成型方法：図９に示すように、積層済みの予浸材をその高分子基材のガラス転移温度以上に加熱し、積層済みの予浸材を二つの成型ローラＲに通して圧延により波線状のような構造部品１１を成形する。尚、前記各成型ローラＲは、複数の成型凸部Ｒ１を有し、ロール成型ステップを行う際に、各成型ローラＲの直径または各成型凸部Ｒ１の輪郭の設計によって、各構造部材１１の各空間１１２の大きさまたは形状を変更することができるので、各構造部材１１の各空間１１２の断面形状を、台形や弧形とすることができる。

芯材製造ステップＳ４：図１０に示すように、該二つの構造部材１１の結合部１１１を向かい合うように接合させて、一対となる構造部材１１を成形する。尚、前記複数の接合部１１１は、接着剤を用いて接合してもよく、又は直接に熱と圧力をかけて接合してもよい。さらに、一対以上の構造部材１１を接合して、図１〜図４に示すような芯材１０を得る。

裁断ステップＳ５：芯材製造ステップＳ４で得た芯材１０を、用途に応じて、裁断設備により適切な大きさに裁断する。

面板接合ステップＳ６：二枚の面板をそれぞれ、芯材１０の対向する両端部１０１に接合させることにより、本考案の高分子基材の複合材料からなる支持構造を得る。尚、本考案の高分子基材の複合材料からなる支持構造は、サンドイッチ構造であり、各面板２０は、芯材１０における各構造部材１１のような高分子基材の複合材料からなるものであってもよく、金属、木材またはセラミックスなどの材料であってもよい。また、耐屈曲性や圧縮強度を高めるために、リブを追加してもよく、サンドイッチ構造の特性を向上させるために、ハニカムコアとリブとを交互に配置してもよい。

図１１及び図１２に示すように、成型ステップＳ３を終えた後、二枚の面板２０をそれぞれ、一つの構造部材１１の対向する両側に接合させることによって、高分子基材の複合材料からなるサンドイッチ構造を得る。

本考案の高分子基材の複合材料からなる支持構造の芯材１０は、クラフト紙またはアルミニウムからなる芯材と比べ、高分子基材及び補強用繊維で製造されていることから、同じ厚さ及び重量の条件で、高い支持強度及び耐荷重性を得られる。また、クラフト紙またはアルミニウムからなる芯材は、耐水性、耐腐食性に劣るので、高湿度環境に弱い欠点がある一方、本考案の高分子基材の複合材料からなる支持構造の芯材１０は、耐水性や耐食性が、クラフト紙またはアルミニウムからなる芯材よりも優れているので、幅広く適用することができ、より多い利点を有する

本考案の高分子基材の複合材料からなる支持構造の製造方法では、積層工程Ｓ２にて、本考案の高分子基材の複合材料からなる支持構造の所要の支持方向を予め想定して、各層の繊維の軸線方向の配列を設計することで、各構造部材の支持強度をさらに高めると共に、各構造部材１１の厚さと重量も減らすことができる。

以上の説明は、本考案の好ましい実施形態に過ぎず、本考案に対して何ら限定を行うものではない。本考案について、比較的好ましい実施形態をもって上記のとおり開示したが、これは本考案を限定するものではなく、すべての当業者が、本考案の技術構想を逸脱しない範囲において、本考案の技術の本質に基づいて上記の実施形態に対して行ういかなる簡単な修正、変更及び修飾も、依然としてすべて本考案の技術構想の範囲内にある。

１０ 芯材
１０１ 端部
１１ 構造部材
１１１ 結合部
１１２ 空間
１１２１ 開口
２０ 面板
Ｃ 接着剤
Ｍ 金型
Ｒ 成型ローラー
Ｒ１ 成形凸部
Ｓ１ 予浸材製造ステップ
Ｓ２ 積層ステップ
Ｓ３ 成型ステップ
Ｓ４ 芯材製造ステップ
Ｓ５ 裁断ステップ
Ｓ６ 面板結合ステップ

上記目的を達成するために、本考案は、高分子基材及び補強用繊維で作られた支持構造である芯材と、二枚の面板とを備え、前記芯材が、対向する両端部を有し、前記二枚の面板がそれぞれ、前記両端部に接合されることを特徴とする。

Claims (7)

1. 高分子基材及び補強用繊維で作られた支持構造である芯材を備えることを特徴とする高分子基材の複合材料からなる支持構造。
2. 二枚の面板を備え、前記芯材は、対向する両端部を有し、該二枚の面板がそれぞれ、該両端部に接合されることを特徴とする請求項１に記載の高分子基材の複合材料からなる支持構造。
3. 前記芯材は、一対以上有する構造部材を含み、該各構造部材は、平板状を呈すると共に、前記二枚の面板の間に延在するように形成される複数の結合部を有し、該各構造部材の複数の接合部は、間隔をおいて設置されると共に、各一対である該構造部材の二つの接合部が向かい合うように接合されることを特徴とする請求項２に記載の高分子基材の複合材料からなる支持構造。
4. 前記芯材は、一対以上有する構造部材を含み、該各構造部材は、波線状を呈すると共に、前記二枚の面板の間に延在するように形成される複数の結合部を有し、各一対の該構造部材の二つの接合部は、向かい合うように突設接合されることを特徴とする請求項２に記載の高分子基材の複合材料からなる支持構造。
5. 前記各構造部材は、順に接続される複数の空間を含み、各空間は、開口部と底部とを有し、該複数の空間において、隣接する二つの空間の二つの開口部は、反対方向に向かい、該各構造部材の複数の結合部はそれぞれ、該各複数の空間の底部に位置することを特徴とする請求項４に記載の高分子基材の複合材料からなる支持構造。
6. 前記各空間の断面が台形であることを特徴とする請求項５に記載の高分子基材の複合材料からなる支持構造。
7. 前記各空間の断面が弧形であることを特徴とする請求項５に記載の高分子基材の複合材料からなる支持構造。

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