JP4291160B2 - 不連続内部層を有する積層パネル - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１のシリーズの互いに結合された金属層および繊維を含み、プラスチック材料で含浸されたプラスチック層を備える、例えば積層パネルとして設計される積層体に関する。

このタイプの積層体は、ＷＯ−Ａ−９８５３９８９により知られており、例えば、航空機用パネルをクラッドするために使用されている。その場合、金属層は、通常、アルミニウム合金からなる。プラスチック層は、例えば、高弾性率を有する繊維から構成され得、例えばアラミドからなる。繊維が含浸されるプラスチック材料は、熱可塑性、熱硬化のいずれであってもよい。

積層パネルの利点は、強度および剛性を局部的に調節することができるということである。例えば、比較的高い荷重が生じる場において、例えばドア開口の周りで、積層体に追加の層を含めることができる。このようにして、層の寸法の適切な選択により、応力集中が導入されることなくパネルの種々の領域の間に漸次的遷移（gradual transition）を得ることができる。

このタイプのパネルは、このタイプのパネルの端部が重合するシームまたはスプライスにより互いに結合される。ＮＬ−Ｃ１０１５１４１に開示されるこのタイプの重合は、しかしながら、このタイプのパネルから構成される航空機クラッドの連続性に突然の外部的中絶を形成する。ＷＯ−Ａ−９８５３９８９も、別の接続用ストリップ（ダブラー）を用いたパネル中の種々の層間の接続を開示している。このタイプの接続用ストリップは、また、パネルの外部的に連続する特性を乱す。このタイプの中絶は、空気力学の理由および強度および剛性の理由の双方から望ましくないものである。

加えて、航空機のゾーンのために意図されたパネル、例えばより高いまたはより低いレベルの荷重に供されるパネルを製造するために、より多いまたはより少ない層で種々のタイプに積層体を全体として製造することが知られている。例えば、それぞれの間に２つのプラスチック層（グレア（Glare）（登録商標）３タイプ）の複数組が設けられているところの４つの金属層を有するパネルがある。さらに他のタイプでは、３つの金属層が、３つのプラスチック層（グレア（登録商標））の複数組と組み合わされて用いられている。

従って、本発明の目的は、積層体において、異なる組成のシリーズ（series）間にスムーズな遷移（transition）を提供することである。この目的は、少なくとも２つの異なるシリーズを設け、これらのシリーズは遷移を含み、さらにこの遷移の位置において内部層の少なくとも１つが不連続であり、他のすべての層が連続していることによって達成される。異なるシリーズの層を有する２つのシリーズの間の遷移の位置には、積層体の厚さにおける急激な変化が存在してもよいが、これは必ずしも必要なことではない。

１つまたはそれ以上の層が積層体の内部に終わることが許容されるなら、応力集中と不所望の空気力学的効果を排除するように、非常に漸次的な遷移を得ることができる。

本発明による積層体は、多くの異なる方法で設計することができる。例えば、それぞれの場合において、２つの隣接する金属層の間に少なくとも２つの繊維強化プラスチックの１の組を設け、その場合、その組を、１の不連続金属層の端部において、そのプラスチック層が該不連続金属層の両側に位置するように分裂（split）させることができる。さらに、繊維強化プラスチック層の該複数組の少なくとも１つは、不連続プラスチック層を含むことができる。

金属層および繊維強化プラスチック層の大部分の連続性は、積層体に非常に漸次的な遷移をもたらす。

好ましい態様によれば、不連続金属層の両側に、不連続金属層を持たない領域における組とは異なる数の繊維強化プラスチック層を有する複数組を設けることができる。一例として、一方のシリーズは、それぞれの間に３つの繊維強化プラスチック層が存在する３つの金属層を含み得、他方のシリーズは、３つの層が第１のシリーズと連続しており、中間金属層が不連続であるところの４つの金属層であって、この４つの金属層のそれぞれの間に２つの繊維強化プラスチック層が存在し、不連続金属層の両側のプラスチック層の組が１の不連続プラスチック層と３つのプラスチックの第１の組の、第１のシリーズから連続している３つのプラスチック層により形成され、３つの層の第２の組は、前記他のシリーズ中に連続する２つのプラスチック層と該他のシリーズ中に連続していない１の不連続プラスチック層を有する。これにより、グレア（登録商標）３タイプの積層体とグレア（登録商標）４タイプの積層体との間に遷移が生じる。

さらなる変形によれば、１のシリーズにおいて、それぞれの間に２つのプラスチック層が延びているところの４つの金属層を設けることができ、他のシリーズにおいても複数不連続プラスチック層が設けられて３つのプラスチック層の複数組を形成している。この変形例も、グレア（登録商標）３タイプとグレア（登録商標）４タイプの間に遷移を形成するものである。

さて、本発明を図１〜７に例示された積層体を参照してより詳しく説明する。

図１は、本発明による積層体を示し、この積層体は、第１のシリーズ１と第２のシリーズ２を備え、このシリーズ１、２は、遷移領域１２を含む。第１のシリーズ１は、第２のシリーズ２中に続く３つの金属層３を含む。さらに、この第２のシリーズ２は、第１のシリーズ中に続くことのない不連続金属層４を含む。

第１のシリーズにおいて、それぞれ３つの繊維強化プラスチック層６、７および８を含む２つの組５が、３つの金属層３の間に配置されている。トップの組５のトップのプラスチック層８は、不連続金属層４のトップ上にわたって延在する一方、トップの組５の他の２つのプラスチック層６、７は、不連続金属４の下に延在する。不連続プラスチック層９が、不連続金属層４の端部からある距離隔てたところから、トップの連続金属層３と不連続金属層４との間の領域が２つのプラスチック層８、９を含む組１０によって満たされるように出発している。

不連続金属層４とその直ぐ下に位置する連続金属層３との間には、また、いずれも連続している２つの繊維強化プラスチック層６、７の１の組１０が存在する。同じことが、シリーズ２において同様に２つの不連続プラスチック層６、７の１の組１０を囲包するボトムの２つの連続金属層３についてもいえる。第１のシリーズ１においてこれらのプラスチック層６、７とともにボトムの組５を形成するトップのプラスチック層９は、不連続であり、第２のシリーズ２には続いていない。

これらの層は、互いに結合剤により結合され、その一部を、不連続層４と９の間に規定されている遷移中の１１で見ることができる。

シリーズ１は、いわゆるグレア（登録商標）４タイプの積層体であり、シリーズ２は、いわゆるグレア（登録商標）３タイプの積層体である。これにより、応力集中または空気力学的に不所望の表面が形成されることなく、これら２つのタイプの間に非常に漸次的な遷移がもたらせられる。

図２に例示されている変形例は、シリーズ１においてそれぞれ２つの繊維強化プラスチック層６、７を含む複数組１０により分離されている４つの連続金属層３を有する積層体を示している。これらのプラスチック層６、７は、シリーズ２中に連続的に延在し、そこでそれらは、合計３つのプラスチック層を含む複数組５の部分を形成している。連続層６、７に加えて、複数組５は、各組５が３つのプラスチック層を含むように不連続プラスチック層９をも含んでいる。

再び、これらの層を互いに接着する結合剤１１は、複数不連続プラスチック層の間の遷移の位置に見ることができる。この積層体も、グレア（登録商標）３タイプとグレア（登録商標）４タイプの間遷移を形成している。

図３には、グレア（登録商標）３タイプの積層体とグレア（登録商標）４タイプの間にさらなる遷移が示されている。この図におけるシリーズ２と１を参照のこと。不連続繊維強化プラスチック層９は、不連続金属層４のすべてに沿って延在するものではない。不連続プラスチック層９が存在しない金属層４上の領域は、結合剤１１で充填されている。プラスチック層６〜９は、それ自体、プラスチック結合剤で含浸された繊維層を含む。

図４に示されている態様において、シリーズ２内に位置する、組１３の複数層９は、両方とも不連続である。トップの金属層３と不連続金属層４との間に存在する複数スペースは、結合剤１１で充填されている。

連続的な繊維強化プラスチック層６、７は、ボトムの金属層３と不連続金属層４またはトップの金属層３の引き続くセクションとの間に連続している。

図５に示す変形例において、トップの金属層３と不連続中間金属層４との間に、繊維強化なしに、全体的に結合剤１１からなるプラスチック層が配置されている。ボトムの金属層３と不連続金属層４またはトップの金属層の隣接部分との間には、プラスチック結合剤で含浸された繊維材料からなる２つの連続プラスチック層６、７を含む組１０が存在する。

図６に例示された変形例は、シリーズ１におけるグレア（登録商標）４タイプの積層体と、シリーズ２におけるグレア（登録商標）３タイプの積層体との間のさらなる遷移を示している。トップの金属層３と不連続金属層４との間に２つの不連続繊維強化プラスチック層９を含む組１３は、遷移１２で終わり、そこにおいて、対応する複数金属層間のスペースは、結合剤１１により充填されている。

連続する繊維強化プラスチック層６、７を含む各組１０は、連続しており、シリーズ１は、不連続繊維強化プラスチック層９をも含んでいる。

図７に示される変形例では、３つの連続する繊維強化プラスチック層６、７を含む組５がシリーズ１内に設けられている。２つの連続プラスチック層１０を含む１の組１０および連続プラスチック層８と複数不連続プラスチック層９を含む１の組５がシリーズ２に設けられている。複数プラスチック結合層と複数金属層との間のオープンスペースは、結合剤１１で充填されている。

各図に示されているように、それぞれの場合、外側金属層の１つは、断面において直線的であってよく、他の外側の金属層は、段差、または厚さの変化を有する。さらに、対応する積層体は、例えば、この断面に平行な曲率の軸に対して湾曲していてもよいし、および／またはこの断面の面に垂直な方向に直線的であってもよい。

金属およびプラスチックにはあらゆる種類の種々の生成物を選ぶことができる。好適な金属の例は、アルミニウム合金、スチール合金、チタン合金、銅合金、マグネシウム合金である。特に、アルミニウム−銅合金（ＡＡ ２０００）、アルミニウムマンガン合金（ＡＡ ３０００）、アルミニウム−マグネシウム合金（ＡＡ ５０００）、アルミニウム−亜鉛合金（ＡＡ ７０００）およびアルミニウム−マグネシウム−シリコン合金（ＡＡ ６０００）を挙げることができる。

アルミニウム−銅合金（ＡＡ ２２２４）、アルミニウム−亜鉛合金（ＡＡ ７０７５）およびアルミニウム−マグネシウム−シリコン合金（ＡＡ ６０１３）が特に好ましい。ＡＡ ２Ｘ２４−２３およびＡＡ ７Ｘ７５−２６についても同じ。エロージョンに対する高い耐性を望むなら、積層体中にＡＡ ５０５２５を含めることができる。

好適な熱硬化樹脂の例は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、ビニルエステルおよびフェノールエステルである。好適な熱可塑性樹脂の例は、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリスルホン（ＰＳＯ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）またはポリフェニレンエーテル（ＰＥＥ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアミド−４，６、ポリケトンスルフィド（ＰＫＳ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＫＫ）およびポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）である。

結合プラスチック層は、例えば上記材料グレア（登録商標）およびＡＲＡＬＬ（登録商標）における場合のように、連続繊維の形態の強化材を備えることができる。それぞれ、約５８〜６９重量％のＳｉＯ₂、１８〜２９重量％のＡｌ₂Ｏ₃および７〜１９重量％のＭｇＯを含むＳ−２ガラスまたはＲ−ガラス繊維を用いることが好ましい。約５５重量％のＳｉＯ₂、１５重量％のＡｌ₂Ｏ₃、１９重量％のＣａＯ、７重量％のＢ₂Ｏ₃および３重量％のＭｇＯを含むＥ−ガラス繊維も好適である。好適なアラミド繊維は、ポリパラフェニレンテレフタルアミドから製造される。

記載なし。 記載なし。 記載なし。 記載なし。 記載なし。 記載なし。 記載なし。

Claims (10)

1. 少なくとも１のシリーズの互いに結合した連続金属層（３、４）および連続繊維強化プラスチック層（６〜９）を備える積層体であって、連続層の少なくとも２つの異なるシリーズ（１、２）が設けられ、これらシリーズは、遷移（１２）を含み、前記遷移（１２）の位置において、内部の繊維強化プラスチック層（９）の少なくとも１つが不連続であり、外側層を含む他のすべての層（３、６〜８）が連続しており、かつ積層体全体にわたって延びていることを特徴とする積層体。
2. ２つの異なるシリーズ（１、２）の間の遷移の位置に積層体の厚さに変化が存在する請求項１に記載の積層体。
3. １のシリーズ（１）が、他のシリーズ（２）と異なる数の層（３、４、６〜８）を有する請求項１または２に記載の積層体。
4. 金属層（３、４）の少なくとも１つが不連続である請求項３に記載の積層体。
5. それぞれの場合において、２つの隣接金属層（３）の間に少なくとも２つのプラスチック層（６、８）の１の組（５）が存在し、前記組（５）は、この組のプラスチック層（６〜８）が不連続金属層（４）の両側に配置されるように、不連続金属層（４）の端部で分裂している請求項４に記載の４に記載の積層体。
6. 不連続金属層（４）のない領域（１）における組（５）とは異なる数のプラスチック層（８、９；６、７）を有する組（１０）が、不連続金属層（４）の両側に配置されている請求項５に記載の積層体。
7. １のシリーズ（１）が、それぞれの間に３つのプラスチック層（６〜８）を含む１の組（５）が存在するところの３つの金属層（３）を含み、他のシリーズ（２）が、３つの層が（３）が第１の領域（１）から連続しており、かつ中間の層（４）が不連続であるところの４つの金属層（３、４）を含み、該４つの金属層（３、４）のそれぞれの間に２つのプラスチック層（６〜８）を含む複数の組（１０）が設けられ、該不連続金属層（４）の両側の該プラスチック層（６〜８）の複数組（１０）は、１の不連続プラスチック層（９）と、前記第１のシリーズ（１）から連続する、３つのプラスチック層（６〜８）を含む第１の組の３つのプラスチック層（６〜８）とにより形成され、３つの層（６、７、９）の第２の組（５）は、前記他のシリーズ（２）中に連続する２つのプラスチック層と該他のシリーズ（２）中に連続していない１の不連続プラスチック層（９）を有する（図１）請求項６に記載の積層体。
8. それぞれの間に２つのプラスチック層（６、７）の組（５）が１のシリーズにおいて延びているところの４つの金属層（３）が存在する一方、他のシリーズ（２）において不連続プラスチック層も存在し、３つのプラスチック層（６、７、９）を含む複数組（１０）を形成する請求項１に記載の積層体。
9. 各シリーズ（１、２）が同じ数の層（３、４、６〜８）を有し、シリーズ（１、２）間で構造が異なる請求項１または２に記載の積層体。
10. 繊維強化材を有さずに結合剤（１１）を含む少なくとも１つの層が設けられている請求項１〜９のいずれか１項に記載の積層体。

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