JP5065907B2 - 構造を改良したサンドイッチ板部材 - Google Patents
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Description
本発明は、２つの外板と、部材の構造上の強度に実質的に資する十分な強度で外板に連結されたプラスチック又はポリマー材料からなるコアとを備えるサンドイッチ板部材構造に関する。
サンドイッチ板部材構造は、米国特許第５，７７８，８１３号明細書及び米国特許第６，０５０，２０８号明細書に開示されており、その記載内容を本明細書に援用する。このサンドイッチ板部材構造は、例えば、非発泡性のポリウレタンなどからなる中間に位置するエラストマーコアに連結された、例えば、鋼などの金属製外板を備える。これらのサンドイッチ板装置は、多くの形態の建造物に用いられ、補強鋼板、成形鋼板、補強コンクリート又は鋼コンクリート合成構造の代わりとなり、結果生じる構造を著しく簡略化し、重量を抑えるとともに、強度や構造上の性能（例えば、剛性、制動特性）を向上させ得る。これらのサンドイッチ板部材構造をさらに開発したものは、国際公開第０１／３２４１４号パンフレットに記載されており、またその記載内容も本明細書に援用する。この特許文献に記載されているように、発泡形態又は発泡性挿入物をコア層に組み込むことにより、軽量化し得るものであり、また、剛性を向上するために横型の金属製せん断板を追加し得る。
国際公開第０１／３２４１４号パンフレットの開示内容によれば、発泡形態は、中空か、又は中実のいずれかとすることができる。中空の形態は、より軽量化を図るものであり、そのため有利である。この文献で記載された形態は、軽量な発泡材からなることに限られるものではなく、また、木製又は鋼製の箱型などの他の材料や、プラスチック製の押し出し成形された形状や、中空のプラスチック製球体からも製造することができる。
このようなサンドイッチ板部材構造を製造する公知な方法では、第１の金属板の外周バーを溶接し、その後、第２の金属板をこのバーに溶接して、密閉したキャビティを形成する。その後、プラスチック又はポリマー材料を、鋼板の１つに設けられた注入口を通してキャビティ内に注入し、材料が凝固又は硬化して複合板を形成する。この方法は、一般に、満足のいくものであり、製造現場の状況下で効果的に用い、数多くのサンドイッチ板部材構造を製造することができる。しかしながら、この方法を用いると、特に、例えば、２ｍｍ以下の薄い金属板を用いて、例えば、約１ｍ×２ｍのかなり大きな板を形成すると、板が不要に歪んでしまうことが経験的に分かっている。
本発明の目的は、歪みを抑えたサンドイッチ板部材構造と、その板部材を製造する方法とを提供することである。
本発明によれば、第１及び第２の外板と、第１及び第２の外板の間に固定されキャビティを形成する複数の外周部材と、キャビティ内でプラスチック又はポリマー材料から形成され外板間にせん断力を伝達するのに十分な強度で外板に連結されるコアとを備え、外周部材が外板に接着剤により固定されてなるサンドイッチ板部材構造が提供される。
また、本発明は、サンドイッチ板部材構造を製造する方法であって、外周バーを第１及び第２の外板に接着させ、密閉キャビティを形成する工程と、キャビティ内にプラスチック又はポリマー材料を液体の形態で注入する工程とを含み、プラスチック又はポリマー材料が、外板間にせん断力を伝達するのに十分な強度で外板に連結するように、凝固又は硬化する方法を提供するものである。
本発明の第２の態様は、
第１及び第２の外板と、
第１及び第２の外板の間に配置されキャビティを形成する複数の外周部材と、
外周部材と第１及び第２の外板との間に配置される封止帯片又はガスケットと、
キャビティ内でプラスチック又はポリマー材料から形成され外板間にせん断力を伝達するのに十分な強度で外板に連結されるコアとを備えるサンドイッチ板部材構造を提供するものである。
第１及び第２の外板と、
第１及び第２の外板の間に配置されキャビティを形成する複数の外周部材と、
外周部材と第１及び第２の外板との間に配置される封止帯片又はガスケットと、
キャビティ内でプラスチック又はポリマー材料から形成され外板間にせん断力を伝達するのに十分な強度で外板に連結されるコアとを備えるサンドイッチ板部材構造を提供するものである。
また、本発明の第２の態様は、サンドイッチ板部材構造を製造する方法であって、
第１及び第２の外板と外周部材とで密閉キャビティを形成し、封止帯片又はガスケットが外板と外周部材との間に設けられる工程と、
キャビティ内にプラスチック又はポリマー材料を液体の形態で注入する工程とを含み、
プラスチック又はポリマー材料が、外板間にせん断力を伝達するのに十分な強度で外板に連結するように凝固又は硬化するようになされた方法を提供するものである。
第１及び第２の外板と外周部材とで密閉キャビティを形成し、封止帯片又はガスケットが外板と外周部材との間に設けられる工程と、
キャビティ内にプラスチック又はポリマー材料を液体の形態で注入する工程とを含み、
プラスチック又はポリマー材料が、外板間にせん断力を伝達するのに十分な強度で外板に連結するように凝固又は硬化するようになされた方法を提供するものである。
連続溶接よりもむしろ接着剤又は仮付け溶接により、外周バーを金属製の外板に固定することにより、歪みの抑えられた、例えば、約１ｍ×２ｍの板内で１ｍｍ未満の歪みのサンドイッチ板部材構造を製造することができる。また、本方法は、ポスト溶接も用いて板を連結する（３つではなく、１つの溶接のみ必要とされる）場合に、多くの量の溶接を低減することもできる。また、特に、本発明の方法は、例えば、加熱及び磁化された圧板を有する油圧プレスを用いて外板及びロボットアームを保持し、接着性封止材又はガスケットを施して外周バーを配置するなどの自動化に適している。
接着剤又は仮付け溶接は、注入中に所定の場所に外周バーを保持し、液体コア材の漏出を防ぐように封止キャビティを形成するのに十分な強度のみを必要とする。一旦、コア材が凝固及び／又は硬化すると、板部材の構造強度は、主としてコアにより提供される。しかしながら、外周部材の外板への接着固定の追加的な補強は、例えば、火災の際には溶融コア材及びガスを収容したり、外板の剥離に抵抗するのに、有利となり得る。したがって、外周バー又はフレームは、コアの注入及び硬化の後に面板に溶接され得る。
好ましくは、２部の接着剤を用いて、接着剤が外周バー及び外板の一方に施され、活性化剤が他方に施される。接着性を向上するには、外周バーと外板の結合面は、酸エッチング及び洗浄及び／又はグリットブラスト仕上げされ得る。
外周バーは、金属製の外板に個別に接着され、この場合では、必要に応じて、追加の封止材が連結部に施され得る。またその代わりに、外周バーは、外板に固定される前に接着又は溶接されてフレームとされ得る。
本発明のサンドイッチ板部材構造の外板の材料、寸法、及び一般的な特性は、サンドイッチ板部材構造が用いられる特定の所望の用途に応じて選択され得るものであり、一般に、米国特許第５，７７８，８１３号明細書及び米国特許第６，０５０，２０８号明細書に記載されるようにし得る。鋼、又はステンレス鋼は、通常、０．５〜２０ｍｍの厚さで用いられ、アルミニウムは、軽量が望まれる場合に用いられ得る。同様に、プラスチックやポリマーコアは、米国特許第５，７７８，８１３号明細書及び米国特許第６，０５０，２０８号明細書に記載されるように、例えば、ポリウレタンなどのエラストマーといった任意の適切な材料から構成され得る。また、外周バーは、鋼、ステンレス鋼、又はアルミニウムなどの金属から形成することができるが、これらは外板に溶接されないため、材料の選択の幅がより広い。
また、国際公開第０２／２０３４１号パンフレット、及びＰＣＴ出願番号ＧＢ／２００３／００４６２８号明細書には、本発明を用いて既存の構造に上部又は内部にあるものとして形成されたサンドイッチ板部材構造を形成し得ることが記載されており、その記載内容の全体を本明細書に援用する。この場合には、金属製の外板の１つが既存の構造の一部となる。
以下、本発明について、例示的実施形態及び添付の概略図面を参照しながら説明する。
これら様々な図面において、同様な部分には、同様な参照番号を付している。
図１に示したサンドイッチ板部材構造は、鋼又はアルミニウムから形成され、例えば、０．５〜２０ｍｍの範囲の厚みを有し得る上方及び下方の外板（面板）１１、１２を備える。外周バー１４が、面板１１、１２間の接着剤１５、１６により面板の外周周りに接着され、密閉キャビティを形成する。面板１１、１２間のキャビティ内では、プラスチック又はポリマー材料、好ましくは、ポリウレタンエラストマーなどの密度の高い熱硬化性材料からなるコア１３がある。このコアは、任意の厚みを有し得るが、好ましくは、１５〜２００ｍｍの範囲の厚みとし得る。より薄いコアの場合には、コアの予熱及び後熱が必要となり得る。コア１３は、十分な強度で面板１１、１２に結合され、これら２つの面板間で用いることが期待されるせん断力を伝達するのに十分な機械的特性を有する。コア１３と面板１１、１２との間の結合強度は、３ＭＰａよりも大きく、好ましくは、６ＭＰａとするべきであり、コア材の弾性係数は、特に、高温で使用することが期待される場合には、２００ＭＰａよりも大きく、好ましくは、２５０ＭＰａよりも大きくするべきである。床板などの負荷の小さい用途の場合には、典型的な使用及び占有負荷が１．４ｋＰａ〜７．２ｋＰａのオーダーであり、結合強度は、例えば、約０．５ＭＰａほどの低い値とし得る。このコア層によって、サンドイッチ板部材構造は、実質的により大きな板厚と大きな追加的な補強性を有する補強鋼板の強度及び耐荷重力を有することになる。面板は、勿論、平坦である必要はないが、使用目的に求められる任意の形態をとり得る。コアは、好ましくは、密度が高く、発泡性ではなく、内部に間隙が全くないか、あるいは少ない。好ましくは、コアキャビティを実質的に完全に充填する。
サンドイッチ板部材構造１０を製造するには、面板１２、１３の内面は、任意の適切な表面処理、例えば、酸エッチング及び洗浄及び／又はグリットブラスト仕上げ及び／又はコロナにより用意され、これにより、表面は、外周バーに固定される接着剤やコア材に良好な結合を形成するのに十分な清浄で滑らかな状態とされる。そして、１つの面板１２は、すでに用意した面を最上位として圧板上に保持し、２成分の接着剤１５中の一方の成分である、例えば、接着剤を、外周領域に施す。第２の成分である、例えば、接着剤１５の活性化剤は、外周バー１４ａ〜ｄに施され、これを面板１２上に正しく配置する。例えば、フレキシオン（Ｆｌｅｘｏｎ（登録商標））Ｆ２４６の接着剤構造及び活性化剤Ｎｏ．５又はＮｏ．１の適切な接着剤及び活性化剤（ナショナルスターチ・アンド・ケミカル社の部署（Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ＆Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）、パーマボンド・インターナショナル（ＰＥＲＭＡＢＯＮＤ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）から入手可能、住所：１０フィンダーン街（１０Ｆｉｎｄｅｒｎｅ Ａｖｅｎｕｅ）、ブリッジウォータ（Ｂｒｉｄｇｅｗａｔｅｒ）、ニュージャージー州（ＮＪ）、０８８０７、米国（ＵＳＡ））を用いると、接着剤は、数分間作用可能な状態を維持し、外周バーの位置を正確に設定することができる。一旦、外周バーを配置すると、接着剤が硬化する間に、外周バーには、好ましくは、例えば、重量又は圧力により、負荷がかかる。これら外周バーは、個別に配置して固定されるか、又は面板に固定される前にフレームを形成するように接着剤又は溶接により合わせて固定され得る。外周バー１４ａ〜ｄが個別に固定されると、気密シールを確実とするために連結部を充填するように、好ましくは、追加的な接着剤、例えば、プレキサス（Ｐｌｅｘｕｓ（登録商標））（イリノイ工作所の事業部（ｂｕｓｉｎｅｓｓ ｕｎｉｔ ｏｆ Ｉｌｌｉｏｎｏｉｓ Ｔｏｏｌ Ｗｏｒｋｓ）である、ＩＴＷプレキサス（Ｐｌｅｘｕｓ）から入手可能）などのメタクリレート接着剤を用いる。この接着剤は、好ましくは、耐熱性を有する。
次に、接着剤１６の一方の成分を、外周バー又はフレーム１４の上面に施し、他方の成分を、面板１１の下方側に施し、その後、これを所定の位置に固定し、コア材が注入されるキャビティを形成する。ここで、ジグを用いると、上方の面板１１の位置決めが容易となり得る。また、上方の面板１１は、接着剤の硬化中に重量又は圧力により負荷をかけることができる。接着剤はまた、内部の二重板に施すのにも用い得る。
コア材は、面板又は外周フレームのいずれかの注入口（図示せず）を介してコアキャビティ内に注入される。通気穴は、任意の便利な位置に設けられることができる。通気穴及び注入口の両者は、好ましくは、注入の完了後に充填され、面一に研磨される。コア材の注入及び硬化中には、面板は、硬化熱により生じるコアの熱膨張により座屈するのを防止するように、抑制される必要があり得る。本発明の方法では、コア体積の許容範囲は、メータ表示の注入を可能とするのに十分なほどの小ささとし得る。
図示していないが、上方の面板１１が所定の位置に固定される前に、軽量の形態、せん断板、及び他の挿入物がコアキャビティ内に配置され得る。特に、スペーサは、面板の間隔、及び、このため、コアの厚さをプレート部材にわたって確実に均一にする上で有利である。
板部材の製造は、現場で、又は製造現場の状況下で現場から離れて行われ得るものであり、仕上げられた板は、取付現場に移送される。平坦な板が図示されているが、板部材は、当然ながら、所望の任意の曲面又は複雑な形状を取り得るものであるが、特に、本発明は、複雑な形状及び比較的厳しい寸法公差を有する板部材の製造に適応可能である。特に、製造現場の環境下で、板の製造は、加熱及び磁化された圧板を有する「カキ」型油圧プレスを用いて、自動化され得る。数値制御ロボットアームは、外周バーを配置し、接着剤の成分を分配するのに用いられ得る。
１９２０ｍｍ×９２０ｍｍの面板を用い、１ｍｍ未満の初期歪みでの実験において、本発明の方法は、全体の歪みが１ｍｍ未満のサンドイッチ板部材構造を製造することができた。
本工程は、サンドイッチ板部材構造が既存の構造を被覆する物として形成される場合と実質的に同じである。外周バー又はフレームは、順番に、又は同時に、既存の板と新たに重ねられた板とに利便性良く接着される。
本発明の第２の実施形態では、図４〜図６に示すように、金属面板は、仮付け溶接部１９により外周フレームに固定され、また、外周フレームと面板との間に配置された弾性のある帯片１７、１８又はガスケットを用いて、シールが確保される。それ以外については、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様である。
封止帯片又はガスケットは、シールを確実とし、硬化されていないコア材料と両立するのに十分な柔軟性を有し、仮付け溶接工程の熱と同様に硬化工程の熱及び圧力に耐えるのに十分な寸法及び機械特性を有するべきである。ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエン・モノマー・ターポリマー）の発泡性帯片は、約６ｍｍの幅×３ｍｍの厚みの大きさであり、適切であると分かる。他のエチレン、例えば、アルファ−オレフィン・ジエン・モノマー・ターポリマーは、適切となり得る。溶接中に生じた温度下で溶解するゴム化合物は、溶融材が溶接に流れ込み、良好な溶接の形成を妨げるため、より適切ではない。面板及び外周フレームは、仮付け溶接の形成中に共に締め付けられ得るものであり、この仮付け溶接は、コア材の注入及び硬化の圧力に耐えるのに十分な大きさ及び数のみを必要とする。
封止帯片又はガスケットは、仮付け溶接から可能な限り遠くまで、好ましくは、少なくとも３ｍｍのところに、外周フレームの内周周りに配置される。縁部では、２つの封止帯片は、互いに当接し得るか、又は単一の片が縁部周りに曲げられ得る。封止帯片又はガスケットを重ねることは、好ましくは、避けられる。好ましくは、封止帯片又はガスケットは、一方のみに接着剤があり、それにより、外周フレーム又は面板のいずれかに接着される。そして、外周フレーム又は面板の位置は、仮付け溶接がなされるまで自在に調整されることができる。
コア材の注入及び硬化中では仮付け溶接が面板及び外周バーを所定の位置に保持することにのみ使われるため、その代わりにジグを用いてもよい。
上述の記載は、本発明を限定するものではなく、添付の特許請求の範囲により規定される本発明の範囲内において、他の変形及び変更がなされるものであるということは、理解されるであろう。
Claims (4)
- 第１及び第２の外板と、
前記第１及び第２の外板の間に配置されキャビティを形成する複数の外周部材と、
前記外周部材と前記第１及び第２の外板との間に配置される封止帯片又はガスケットと、
前記キャビティ内でプラスチック又はポリマー材料から形成され前記外板間にせん断力を伝達するように前記外板に連結されるコアと、
を備え、
前記封止帯片又はガスケットは、３〜１０ｍｍの幅×１〜５ｍｍの厚さの範囲の非圧縮寸法である、
サンドイッチ板部材構造。 - 第１及び第２の外板と、
前記第１及び第２の外板の間に配置されキャビティを形成する複数の外周部材と、
前記外周部材と前記第１及び第２の外板との間に配置される封止帯片又はガスケットと、
前記キャビティ内でプラスチック又はポリマー材料から形成され前記外板間にせん断力を伝達するように前記外板に連結されるコアと、
を備え、
前記封止帯片又はガスケットは、一方の側に接着剤を有する、
サンドイッチ板部材構造。 - 外周フレームに、充填された通気穴と充填された注入口とを備える、
請求項１又は２に記載のサンドイッチ板部材構造。 - 前記キャビティに予め形成された少なくとも１つのスペーサを備える、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のサンドイッチ板部材構造。
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