JP6892732B2

JP6892732B2 - ハニカムパネル

Info

Publication number: JP6892732B2
Application number: JP2018138107A
Authority: JP
Inventors: 武揚相澤
Original assignee: Showa Aircraft Industry Co Ltd
Current assignee: Showa Aircraft Industry Co Ltd
Priority date: 2018-07-24
Filing date: 2018-07-24
Publication date: 2021-06-23
Anticipated expiration: 2038-07-24
Also published as: JP2020015187A

Description

本発明は、ハニカムパネルに関する。すなわち、ハニカムコアの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。

《技術的背景および従来の技術》
図２の（１）図に示したように、芯材であるハニカムコア１の両開口端面に、アッパスキン材２とロワスキン材３とが、それぞれ接着等により接合されたハニカムパネル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。
すなわちハニカムパネル４は、ハニカムコア１の重量比強度に優れ、軽量であると共に高い強度や剛性を備えるのを始め、その他の優れた特性を備えており、各種建造物の構造材，保護材，壁板材等として、広く用いられている。

ハニカムパネルの従来技術としては、例えば、次の特許文献１，２中に示されたものが挙げられる。
特開２００５―１１９２３６号公報特開平９―１１３７３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の（２）図に示したように、荷重Ａが負荷された場合、負荷荷重Ａが、分散，軽減されることなく、保護対象Ｂに伝播されることが多々あった。
すなわち負荷荷重Ａとして、大きな衝撃荷重，集中荷重，圧縮荷重を受けた場合、負荷荷重Ａがそのまま、アッパスキン材２から→ハニカムコア１を経て→ロワスキン材３に伝達され、→保護対象Ｂへと伝播されていた。
そしてこの場合、負荷荷重Ａが作用した局部，近傍のみをエリアとして、アッパスキン材２，ハニカムコア１，ロワスキン材３について、負荷荷重Ａが作用し、対応して応力が発生していた。
図中Ｌ（太破線表示）は、このような荷重作用エリア，応力発生エリアＬを示す。そして、このエリアＬを除く周りの広いエリアが、負荷荷重Ａに関与しないエリアとなっていた。

このように従来のハニカムパネル４では、負荷荷重Ａがそのまま、分散，軽減されることなく、保護対象Ｂに伝播されることが多々あった。もって保護対象Ｂが、破損，損傷，その他の悪影響を受けることがあった。
なお、前記エリアＬのハニカムコア１は、負荷荷重Ａが、耐力として作用した後、圧縮強度を越え座屈荷重に達すると、座屈する。負荷荷重Ａのエネルギーは、これにより若干部分的に吸収，緩衝されるが、残りの大部分のエネルギーは、吸収，緩衝，軽減されることなく、上述したように保護対象Ｂに伝播されていた。

《本発明について》
本発明のハニカムパネルは、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、荷重伝播が分散，軽減され、第２に、もって保護対象の破損，損傷等が防止される、ハニカムパネルを提案することを目的とする。

《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、特許請求の範囲の請求項１に記載したように、次のとおりである。
このハニカムパネルは、芯材のハニカムコアの両開口端面に、アッパスキン材とロワスキン材が、それぞれ接合されている。
そして該ハニカムコア中に、ミッドスキン材が介装されており、該ミッドスキン材は、撓みにより荷重を分散可能である。
負荷荷重が、衝撃荷重，集中荷重，圧縮荷重よりなり、該アッパスキン材は、荷重作用側に向けられ、該ロワスキン材は、保護対象側に向けられている。
該ハニカムコアは、セル軸方向が荷重作用方向に向けられ、介装された該ミッドスキン材により、アッパハニカムコアとロワハニカムコアとに区画されている。
該ミッドスキン材は、負荷荷重が曲げ荷重となって作用して撓み変形した場合、荷重の分散化機能、受圧面積の拡大化機能を発揮する。
そして負荷荷重は、該ミッドスキン材の撓み変形による、荷重分散化機能，受圧面積拡大化機能にて、狭いエリアの受圧面積，集中荷重から、広いエリアの受圧面積，分布荷重化されて、該ロワハニカムコアに伝達される。
これと共に負荷荷重は、該ミッドスキン材の撓み変形による、該ロワハニカムコアの座屈や弾性変形後の戻りにて、そのエネルギーが吸収，緩和，軽減化される。
もって負荷荷重は、このように分散，軽減されて、保護対象に伝播されること、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、アッパスキン材とロワスキン材付のハニカムコアについて、そのアッパハニカムコアとロワハニカムコア間に、ミッドスキン材が介装されている。
（２）そしてハニカムパネルは、各種建造物の構造材，保護材，壁板材等として、主として保護対象を保護するために、使用される。
（３）さて荷重が、衝撃荷重，集中荷重，圧縮荷重として負荷された場合は、次のようになる。
（４）アッパスキン材から→アッパハニカムコア→そしてミッドスキン材へと伝達される負荷荷重の値が小さい場合、ミッドスキン材は、若干弾性変形はするが、曲げ変形はしない状態にある。
（５）これに対し、伝達された負荷荷重の値が大きく、曲げ荷重となって作用した場合、ミッドスキン材は撓み変形する。
（６）撓み変形により、ミッドスキン材は、負荷荷重の分散化機能，受圧面積の拡大化機能を発揮する。
（７）これに加え、ミッドスキン材が撓み変形することにより、ロワハニカムコアは、座屈したり、一旦弾性変形した後に元の形状へと復帰する。
（８）負荷荷重は、このように値が大きい場合、分散化されてロワハニカムコアに伝達されると共に、ロワハニカムコアの座屈や弾性変形後の戻りにより、そのエネルギーが吸収，緩和，軽減化される。
すなわち負荷荷重は、ミッドスキン材の撓み変形による、荷重分散化機能，受圧面積拡大化機能にて、狭いエリアの受圧面積，集中荷重から、広いエリアの受圧面積，分布荷重化されて、ロワハニカムコアに伝達される。
これと共に負荷荷重は、ミッドスキン材の撓み変形による、ロワハニカムコアの座屈や弾性変形後の戻りにて、そのエネルギーが吸収，緩和，軽減化される。
負荷荷重は、このように分散，軽減される。
（９）本発明のハニカムパネルでは、負荷荷重が分散，軽減されて、保護対象に伝播される。
（１０）もって保護対象が、負荷荷重により破損，損傷等することは、防止される。
（１１）そこで、本発明に係るハニカムパネルは、次の効果を発揮する。

《第１の効果》
第１に、荷重伝播が分散，軽減される。
本発明のハニカムパネルでは、撓み変形したミッドスキン材が、荷重の分散化機能，受圧面積の拡大化機能を発揮する。
もって、大きな負荷荷重が作用した場合、保護対象への伝播が分散され、受圧面積が拡大される。前述したこの種従来例のように、集中荷重のまま伝播されるのではなく、分布荷重化されて伝播される。
更に、ミッドスキン材が撓み変形すると、ロワハニカムコアの座屈や弾性変形後の戻りにより、負荷荷重のエネルギーが吸収，緩衝され、もって軽減されて保護対象に伝播される。このように負荷荷重は、分散，軽減される。

《第２の効果》
第２に、もって保護対象の破損，損傷等が、防止される。
本発明のハニカムパネルでは、上述したように、負荷荷重は分散，軽減されて、保護対象に伝播される。
もって、前述したこの種従来例のように、保護対象が、負荷荷重により破損，損傷，その他の悪影響を受けることは、防止される。
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について、発明を実施するための形態の説明に供し、要部の正断面図である。そして（１）図は、無負荷の状態、（２）図は、負荷状態１を、（３）図、負荷状態２を、（４）図は、負荷状態３を示す。（１）図，（２）図は、この種従来例のハニカムパネルの説明に供し、要部の正断面図である。そして（１）図は、無負荷の状態、（２）図は、負荷状態を示す。（３）図は、ハニカムコアの斜視図である。

以下、本発明について、図面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。
本発明は、芯材のハニカムコア５の両開口端面に、アッパスキン材６とロワスキン材７が、それぞれ接合されたハニカムパネル８に関する。
そしてハニカムパネル８において、そのハニカムコア５のアッパハニカムコア５_１とロワハニカムコア５_２間に、ミッドスキン材９が介装されており、ミッドスキン材９は、撓みにより荷重を分散可能である。すなわちミッドスキン材９は、負荷荷重Ａが曲げ荷重となって作用して撓み変形Ｇした場合、荷重Ａの分散化機能、受圧面積の拡大化機能を発揮する。
負荷荷重Ａは、ミッドスキン材９の撓み変形Ｇによる、荷重Ａ分散化機能，受圧面積拡大化機能にて、狭いエリアの受圧面積，集中荷重から、広いエリアの受圧面積，分布荷重化されて、ロワハニカムコア５_２に伝達される。
これと共に負荷荷重Ａは、ミッドスキン材９の撓み変形Ｇによる、ロワハニカムコア５_２の座屈や弾性変形後の戻りにて、そのエネルギーが吸収，緩和，軽減化される。
負荷荷重Ａは、このように分散，軽減されて、保護対象Ｂに伝播されること、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、このような本発明のハニカムパネル８について、更に詳述する。

《ハニカムコア５について》
まず、ハニカムパネル８の芯材であるハニカムコア５について、図１の（１）図，図２の（３）図を参照して説明する。
ハニカムコア５は、セル壁１０にて区画形成された、中空柱状の多数の空間であるセル１１の平面的集合体よりなる。
もってハニカムコア５は、重量比強度に優れており、軽量であると共に高い強度や剛性を備えている。特に軽量性や、セル軸方向Ｃの圧縮強度や剛性に優れている。更に、容積当たりの表面積が大である、平面精度にも優れる（特にパネルの場合）、その他の優れた特性が知られている。
ハニカムコア５の母材としては、アルミニウム，その他の金属箔や、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）シート，紙材，その他の各種シート材が用いられる。セル壁１０そしてセル１１の断面形状は、図示の正六角形のものが代表的であるが、略台形，略三角形，略四角形，その他各種形状のものも可能である。

図中Ｃのセル軸方向は、セル１１の軸方向を示し、展張方向Ｄやリボン方向Ｅとは、立体的に直交する関係にある。展張方向Ｄとリボン方向Ｅとは、同一平面で直交する関係にある。
ハニカムコア５は、セル軸方向Ｃを荷重作用方向Ｆに向けて配設される。そして、その圧縮強度以下の荷重Ａを受けた場合は、弾性変形後に元の形状に戻るのに対し、圧縮強度を越える荷重Ａつまり座屈荷重を受けると、座屈する。すなわち、セル壁１０が押し潰され、順次連続的に反転折曲されて折り畳み状態に遡性変形される。
又、ハニカムコア５は、介装されたミッドスキン材９により、アッパスキン材６側の上位のアッパハニカムコア（ＵＰＲハニカムコア）５_１と、ロワスキン材７側の下位のロワハニカムコア（ＬＷＲハニカムコア）５_２とに、区画されている。
アッパハニカムコア５_１とロワハニカムコア５_２とは、通常は同一構成よりなるが、異なる構成のものを用いることも可能である。
ハニカムコア５については、以上のとおり。

《アッパスキン材６，ロワスキン材７について》
次に、ハニカムパネル８の表面板であるアッパスキン材６とロワスキン材７について、図１の（１）図を参照して説明する。
アッパスキン材（ＵＰＲスキン材）６は、ハニカムコア５のセル１１の一方側・上位側の開口端面、つまりアッパハニカムコア５_１の開口端面に、接着等により接合されており、荷重Ａの作用側に向けられている。
ロワスキン材（ＬＷＲスキン材）７は、ハニカムコア５のセル１１の他方側・下位側の開口端面、つまりロワハニカムコア５_２の開口端面に、接着等により接合されており、保護対象Ｂ側に向けられている。
アッパスキン材６，ロワスキン材７は、いずれも１枚の平板製よりなり、その材質については、上述したハニカムコア５の母材に準じる。
アッパスキン材６，ロワスキン材７については、以上のとおり。

《ミッドスキン材９について》
次に、ハニカムパネル８のミッドスキン材９について、図１の（１）図〜（４）図を参照して説明する。
ミッドスキン材９は、ハニカムコア５のセル壁１０やセル１１の途中に、中仕切板として接着等により接合，介装されている。図示例では、縦方向のセル壁１０やセル１１に対し横方向に介装され、もってハニカムコア５を上下に区画している（図１の（１）図を参照）。そして、１枚の平板製よりなり、その材質については、前述したハニカムコア５の母材に準じる。
ミッドスキン材９は、アッパスキン材６そしてアッパハニカムコア５_１から伝達された負荷荷重Ａが、その曲げ荷重に達しない場合、若干弾性変形することもあるが、曲がりはしない状態にある（図１の（２）図を参照）。
これに対し、負荷荷重Ａが曲げ荷重となって作用した場合、撓み変形Ｇする（図１の（３）図から（４）図中の破線表示を参照）。ミッドスキン材９は、梁のように撓み変形Ｇし、図示例では、中央を下に向けて湾曲する。

そしてミッドスキン材９は、このように撓み変形Ｇした場合、負荷荷重Ａの分散化機能、つまり受圧面積の拡大化機能を発揮し、荷重Ａを分散可能である（図１の（４）図を参照）。
すなわち、撓み変形Ｇしたミッドスキン材９により、負荷荷重Ａは、分散化，分力化，分解化されて、ロワハニカムコア５_２へと伝達される。図示例では、縦横方向へとエリアを広げつつ、つまりＸＹＺ方向に広がりつつ、ロワハニカムコア５_２へと伝達される。
このように負荷荷重Ａは、ミッドスキン材９への集中した狭いエリアの受圧面積，集中荷重から、ロワハニカムコア５_２そしてロワスキン材７に対し、広いエリアの受圧面積，分布荷重となって、伝達される。
図中Ｓ（太破線表示）は、負荷荷重Ａが関与する荷重作用エリア，応力発生エリアを示す。前述したこの種従来例の局部的な狭い荷重作用エリア，応力発生エリアＬに比し（図２の（２）図を参照）、エリアが大きく広域化される（図１の（４）図を参照）。
なお、図１の（２）図，（３）図，（４）図は、負荷荷重Ａの程度毎のハニカムパネル８の負荷状態を示しているが、（２）図，（３）図は、（４）図に至るステップを示すものとして、理解することも可能である。
ミッドスキン材９については、以上のとおり。

《作用等》
本発明のハニカムパネル８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）このハニカムパネル８は、芯材のハニカムコア５の上下の開口端面について、上位にアッパスキン材６が下位にロワスキン材７が、それぞれ接合されると共に、ハニカムコア５中に、ミッドスキン材９が介装されている（図１の（１）図を参照）。
もってハニカムコア５は、介装されたミッドスキン材９により、上位のアッパハニカムコア５_１と下位のロワハニカムコア５_２とに、区画されている。

（２）そしてハニカムパネル８は、各種構造物の構造材，保護材，壁板材等として使用され、主として保護対象Ｂを保護するために用いられる。なお保護対象Ｂは、通常は対象物よりなるが、室内空間等の空間であっても可である。

（３）さて、無負荷状態（図１の（１）図を参照）から、荷重Ａが、衝撃荷重，集中荷重，圧縮荷重として、荷重作用方向Ｆに負荷された場合は、次のようになる。
例えば、台風その他の自然災害による外力や、投てき衝撃，その他の人為的行為による外力により、保護対象Ｂに何らかの負荷荷重Ａが加えられた場合は、次のようになる。
負荷荷重Ａは、集中荷重として上位のアッパスキン材６→そしてアッパハニカムコア５_１から→中位のミッドスキン材９へと伝達され、それぞれ応力が発生する。

（４）まず、伝達された負荷荷重Ａが、ミッドスキン材９の曲げ荷重に達しない場合、つまり負荷荷重Ａの値が小さい場合、ミッドスキン材９は、若干弾性変形することもあるが、曲げ変形には至らない状態にある（図１の（２）図を参照）。アッパスキン材６やアッパハニカムコア５_１についても同様。

（５）これに対し、伝達された負荷荷重Ａが、曲げ荷重となって作用した場合、つまり負荷荷重Ａの値が大きい場合、ミッドスキン材９は撓み変形Ｇ（図１の（３）図から（４）図の破線表示）する。
ミッドスキン材９は、上位のアッパスキン材６やアッパハニカムコア５_１から、負荷荷重Ａが、その中央に曲げ荷重となって伝達され、曲げ応力が発生すると共に、撓み変形Ｇする。

（６）撓み変形Ｇしたミッドスキン材９は、負荷荷重Ａの分散化機能、つまり受圧面積の拡大化機能を発揮する。
もって、下位のロワハニカムコア５_２への伝達に際し、負荷荷重Ａが分散され、受圧面積が拡大される。ロワハニカムコア５_２そしてロワスキン材７は、広域に負荷荷重Ａが分散され、広域に応力が発生する（図１の（４）図中の荷重作用エリア，応力発生エリアＳを参照）。

（７）これに加え、ミッドスキン材９が撓み変形Ｇすると、下位のロワハニカムコア５_２は、負荷荷重Ａの分散，受圧面積の拡大に伴う挙動により、次のようになる。
圧縮強度を越える負荷荷重Ａが伝達されたロワハニカムコア５_２、例えば中央エリアのロワハニカムコア５_２は、セル壁１０が座屈し遡性変形する。これに対し、圧縮強度以下の負荷荷重Ａが伝達されたロワハニカムコア５_２、例えば周辺エリアのロワハニカムコア５_２は、一旦曲げ変形等の弾性変形した後に元の形状に戻り復帰する。

（８）さて上述したように、ハニカムパネル８に作用した負荷荷重Ａは、その値が大きい場合、上述した（６）のように、ミッドスキン材９の撓み変形Ｇにより、分散され受圧面積が拡大されて、ロワハニカムコア５_２に伝達される。
これに加えロワハニカムコア５_２は、ミッドスキン材９が撓み変形Ｇしたことにより、上述した（７）のように、座屈や弾性変形後の戻りにより、伝達された負荷荷重Ａのエネルギーを吸収，緩和し、負荷荷重Ａを軽減する。

（９）そこで本発明のハニカムパネル８にあっては、次のようになる。負荷荷重Ａは、ロワハニカムコア５_２からロワスキン材９を介し、下位の保護対象Ｂへと、分散されると共に軽減されて、伝播される（図１の（４）図を参照）。
外力として負荷された荷重Ａは、その値が大きい場合、ハニカムパネル８により、集中荷重が分布荷重化され、分散される（図１の（４）図中の本発明の荷重作用エリア，応力発生エリアＳと、図２の（２）図中の従来側の荷重作用エリア，応力発生エリアＬとを、比較対象）。
そして負荷荷重Ａは、分散されると共に軽減されて、保護対象Ｂに伝播される。このように、このハニカムパネル８では、ミッドスキン材９やロワハニカムコア５_２が、全体的に負荷荷重Ａに関与して、これを分散，軽減する。

（１０）もって保護対象Ｂが、負荷荷重Ａにより、破損，損傷等することは、防止される。
本発明の作用等については、以上のとおり。

Ａ（負荷）荷重
Ｂ保護対象
Ｃセル軸方向
Ｄ展張方向
Ｅリボン方向
Ｆ荷重作用方向
Ｇ撓み変形
Ｓ荷重作用エリア，応力発生エリア（本発明）
Ｌ荷重作用エリア，応力発生エリア（従来例）
１ハニカムコア（従来例）
２アッパスキン材（従来例）
３ロワスキン材（従来例）
４ハニカムパネル（従来例）
５ハニカムコア（本発明）
５_１アッパハニカムコア
５_２ロワハニカムコア
６アッパスキン材（本発明）
７ロワスキン材（本発明）
８ハニカムパネル（本発明）
９ミッドスキン材
１０セル壁
１１セル

Claims

芯材のハニカムコアの両開口端面に、アッパスキン材とロワスキン材が、それぞれ接合されたハニカムパネルにおいて、
該ハニカムコア中に、ミッドスキン材が介装されており、該ミッドスキン材は、撓みにより荷重を分散可能であり、
負荷荷重が、衝撃荷重，集中荷重，圧縮荷重よりなり、該アッパスキン材は、荷重作用側に向けられ、該ロワスキン材は、保護対象側に向けられており、
該ハニカムコアは、セル軸方向が荷重作用方向に向けられ、介装された該ミッドスキン材により、アッパハニカムコアとロワハニカムコアとに区画されており、
該ミッドスキン材は、負荷荷重が曲げ荷重となって作用して撓み変形した場合、荷重の分散化機能、受圧面積の拡大化機能を発揮し、
負荷荷重は、該ミッドスキン材の撓み変形による、荷重分散化機能，受圧面積拡大化機能にて、狭いエリアの受圧面積，集中荷重から、広いエリアの受圧面積，分布荷重化されて、該ロワハニカムコアに伝達されると共に、
負荷荷重は、該ミッドスキン材の撓み変形による、該ロワハニカムコアの座屈や弾性変形後の戻りにて、そのエネルギーが吸収，緩和，軽減化され、
負荷荷重は、このように分散，軽減されて、保護対象に伝播されること、を特徴とするハニカムパネル。