JP4837872B2 - ハニカム構造体 - Google Patents

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Description

【０００１】
発明の背景
発明の分野
ハニカム構造体は一般に、波形の部品を組み立てるか、特定の立体配置に接着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。
【０００２】
関連技術の説明
Ｄ．Ｇ．Ｊｕｄｇｅの出願に関して１９７０年２月３日に発行された米国特許第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。
【０００３】
Ｅ．Ｌ．Ｒｕｌｅの出願に関して１９６５年５月１８日に発行された米国特許第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。
【０００４】
Ｆ．Ｈｕｅｂｎｅｒらの出願に関して１９９７年９月２３日および１９９８年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。
【０００５】
発明の概要
本発明は、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。
【０００６】
発明の詳細な説明
はっきり述べられたように、ハニカム構造体は、接着された波形の構成部品を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。
【０００７】
シートのスタックを拡開するのに必要な力の要点は、シートの曲げモーメント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
【０００８】
与えられたハニカムセル寸法および与えられたシート材料について、曲げモーメントは、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。
【０００９】
本発明者は本明細書において、セル壁にシート材料の少なくとも２つの層を使用するが、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。
【００１０】
シートは完全に独立しているわけではない。シートは各ハニカムセルにおける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。
【００１１】
図について言及すると、図１ａおよび図１ｂは先行技術の典型的なハニカム構造を描写している。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。
【００１２】
図２ａおよび図２ｂは本発明の２層ハニカム構造を描写している。折りたたまれたスタック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１９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。
【００１３】
本発明のハニカムのセルは６つの壁を有し、そして各セル中の２つの対向す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。
【００１４】
接合材は１つのセル壁の完成した構造体の長さに塗布されるべきである、また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。
【００１５】
接合材は、ハニカムのシート間を接合するまたは接合をもたらすのに使用され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。
【００１６】
本発明を実施する上で使用するためのシート材料は、意図されるハニカム目的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。
【００１７】
シート材料の種類または最終ハニカム製品のニーズに基づき、必要ならばまたは好ましいならば、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。
【００１８】
本発明のハニカム構造体を製造するために、接合材についておよび接合材のラ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。
【００１９】
接合材の固化は、使用された特定の接合材にとって適切であるどんな方法によ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。
【００２０】
本発明の接合材は任意のハニカムシート材料の１面または両面に塗布できるこ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。
【００２１】
本発明の方法は、上に述べられた工程の正確な順番に実施する必要はない。例えば、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。
【００２２】
得られた本発明のハニカム構造体は、折りたたまれており、そして究極的に拡開されて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。
【００２３】
含浸樹脂は、熱可塑性または熱硬化性の溶液、乳濁液、反応性の系などを含む、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。
【００２４】
試験方法
ＡＳＴＭ Ｄ ６４５に従って試験材料のサンプルの厚さを測定することによって、シートおよびスタックの厚さを求めた。
【００２５】
ＡＳＴＭ Ｃ ２７１−６１に述べられた手順および計算に従って拡開されたハニカムコアの密度を測定した。
【００２６】
ＡＳＴＭ Ｃ ３６５−５７の手順に基づきＩｎｓｔｒｏｎ−型試験機で、コ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。
【００２７】
ＡＳＴＭ Ｃ ２７３−６１に述べられた手順および計算に従ってＩｎｓｔｒｏｎ−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。
【００２８】
下の実施例において、実施例１は、本発明のハニカム構造体を製造するための本発明に従った方法を例示する。
【００２９】
実施例２は、小モデルサンプルで、ハニカム製造の通常法と比較して本発明に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。
【００３０】
実施例１
２７．８ｇ／ｍ２（０．８２ｏｚ／ｙｄ２）の基本重量および３７．６マイクロメートル（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）。
【００３１】
実験室グラビアコーターを用いて紙上に接合材のラインをプリントした。紙の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 Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｃｏ．から接合材を入手した。
【００３２】
スタック中の各第２のシートがより大きい間隔（１２．７ｍｍ）のラインを有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。
【００３３】
スタックのシートを８１℃で４５分間プレスにおいて接合した。接合されたシ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。
【００３４】
後ほど、拡開されたスタックをフェノール樹脂（Ｏｘｙｃｈｅｍ Ｃｏ．から入手した「Ｏｘｙｃｈｅｍ２３１６９」）の溶液中に浸漬し、乾燥させて、約１８０℃で硬化させた。
【００３５】
生成物は、６．３５ｍｍ（０．２５インチ）辺および約５４ｋｇ／ｍ３（２．８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（１９１ｐｓｉ）、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１１７ＭＰａ（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）。
【００３６】
実施例２
この実施例は、折りたたまれたハニカム構造体を拡開するのに必要な力についての試験であった。
【００３７】
厚さ０．３ミリメートルの再利用セルロース紙をこの実施例のシート材料として使用した。
【００３８】
その紙の８枚の幅１．９０ｃｍ（０．７５インチ）および長さ２２．８６ｃｍ（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 Ｐｏｘｙ 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。
【００３９】
接合材を室温で２４時間硬化させ、そして織布（Ｃｌａｒｋ−Ｓｃｈｗｅｂｅｌ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。
【００４０】
最終硬化の後、ループをＩｎｓｔｒｏｎ １１２２の握り部の中に置き、折り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。
【００４１】
比較として、上で使用したのと同じ紙の８枚の細片を上述したように切断した。
【００４２】
（紙の重量を基準にして）約５重量％の同じ接合材を使用して８枚の細片を４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。
【００４３】
同じ接合材を用いて手で２．５４ｃｍ（１インチ）幅の接合材ラインを作り出し、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。
【００４４】
前のように、接合材を硬化させ、織布のループを外層の中心部分に取り付け、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。
【００４５】
この構造体の拡開の間の最大力は６０９ｇ（１．３４ポンド）であった。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 先行技術の折りたたまれたハニカムのシート層の略図である。
【図１ｂ】 その拡開された形の先行技術ハニカムの略図である。
【図２ａ】 本発明のハニカムのシート層の略図である。
【図２ｂ】 拡開された形のハニカムの略図である。

Claims (6)

  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。
  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。
  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。
  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）接合剤のラインを塗布する工程であって、接合剤のラインが、完成構造体の壁におけるセル壁の１区間と平行であり、かつ、接合剤のライン間で完成構造体の壁におけるセル壁の１区間分だけ互いに離れるように、シート材料の１つの層に接合剤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配置する工程と、
    （ｃ）工程（ｂ）で配置された層に接合剤のラインを塗布する工程であって、接合剤のラインが、完成構造体の壁におけるセル壁の１区間と平行であり、かつ、接合剤のライン間で完成構造体の壁におけるセル壁の３区間分だけ互いに離れ、かつ、工程（ａ）でシート材料上に設けられた接合剤のラインと直接一致して配置されるように、工程（ｂ）で配置された層に接合剤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）工程（ｄ）で配置された層に接合剤のラインを塗布する工程であって、接合剤のラインが、完成構造体の壁におけるセル壁の１区間と平行であり、かつ、完成構造体における接合剤のライン間のセル壁の１区間分だけ互いに離れ、かつ、工程（ｃ）でシート材料上に設けられた接合剤のラインと直接一致して配置されるように、工程（ｄ）で配置された層に接合剤のラインを塗布する工程と、
    ことを特徴とする方法。
  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。
  6. （ｆ）接合剤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。
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