JP7014624B2

JP7014624B2 - パネル部材

Info

Publication number: JP7014624B2
Application number: JP2018013018A
Authority: JP
Inventors: 新吾須藤
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2018-01-29
Filing date: 2018-01-29
Publication date: 2022-02-01
Anticipated expiration: 2038-01-29
Also published as: JP2019130695A

Description

本発明は、パネル部材に関する。

従来から、各種分野において構造体を補強するためにパネル部材が用いられている。このようなパネル部材としては、特許文献１に、面状のパネル部材であって、上面を形成する上層部材、下面を形成する下層部材、上層部材と下層部材の間に介在される中層部材の３種の部材、または、上面を形成する中層部材、下面を形成する下層部材の２種の部材の接合構造に構成され、前記上層部材、下層部材が、平坦面を有する面構造体からなり、前記中層部材が、連続的な凹凸形状を有する構造を面状基材からなるスタンパブル基材のプレス成形により形成した凹凸プレス構造体からなるパネル部材が開示されている。

特開２０１５－１８９０９２号公報

しかしながら、上記パネル部材は、平板形状にて用いることを想定したものであって、湾曲面を有する構造体を補強するために用いることができないという問題点を有している。

更に、上記パネル部材は、中間部材が繊維強化樹脂からなる場合、繊維強化樹脂を構成する強化樹脂として、不連続に切断された強化繊維を混綿したマットからなる形態を採用したものであって、機械的強度が低いという問題点を有している。

本発明は、優れた機械的強度を有しており、構造体に優れた機械的強度を付与することができると共に、湾曲面を有する構造体も補強可能なパネル部材を提供する。

本発明のパネル部材は、
熱可塑性樹脂を含むシート状の第１スキン部材と、
上記第１スキン部材の一面に一体的に設けられ且つ連続繊維を含有している波形部材とを有し、
上記波形部材は、上記第１スキン部材に一体化され且つ任意の間隔で形成された第１接続部と、上記第１接続部の幅方向の両端のそれぞれから延びる両側壁部と、互いに隣接する第１接続部のそれぞれから延び且つ互いに対向する壁部における対向端縁同士を接続している第２接続部とを有していると共に、上記第１接続部、上記両側壁部及び第２接続部によって形成されたリブ体を有しており、
上記連続繊維の長さ方向と、上記リブ体の長さ方向とが交差していることを特徴とする。

本発明のパネル部材は、優れた機械強度を有しており、構造体の表面に一体的に配設することによって、構造体を補強して優れた機械的強度を付与することができる。

そして、本発明のパネル部材は、熱を加えることによって湾曲変形させることができるので、湾曲面を有する構造体の表面に容易に配設一体化することができる。船舶、自動車、鉄道及び航空機などの輸送用機器の如く、湾曲面の多い構造体であっても容易に補強して機械的強度の向上を図ることができる。

本発明のパネル部材を示した断面図である。本発明のパネル部材を示した斜視図である。本発明のパネル部材を示した平面図である。本発明のパネル部材の他の一例を示した断面図である。本発明のパネル部材の他の一例を示した断面図である。本発明のパネル部材の他の一例を示した断面図である。本発明のパネル部材の他の一例を示した断面図である。本発明のパネル部材の他の一例を示した断面図である。本発明のパネル部材の使用形態の一例を示した断面図である。本発明のパネル部材の使用形態の一例を示した断面図である。

本発明のパネル部材の一例を図面を参照しつつ説明する。図１～３に示したように、パネル部材Ａは、熱可塑性樹脂を含むシート状の第１スキン部材１と、第１スキン部材１の一面に一体的に設けられ且つ連続繊維を含有している波形部材２とを有している。

第１スキン部材１は、熱可塑性樹脂を含み、加熱をすることによって構造体の表面に沿った形状に変形可能に構成されている。第１スキン部材１を構成している熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、ポリオレフィン系樹脂が好ましい。

ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、ポリエチレン系樹脂及びポリプロピレン系樹脂が挙げられる。ポリエチレン系樹脂としては、特に限定されず、例えば、低密度ポリエチレン系樹脂、中密度ポリエチレン系樹脂、高密度ポリエチレン系樹脂、直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂、直鎖状中密度ポリエチレン系樹脂、直鎖状高密度ポリエチレン系樹脂などが挙げられる。

ポリプロピレン系樹脂としては、特に限定されず、例えば、プロピレン単独重合体、プロピレンと他のオレフィンとの共重合体などが挙げられる。プロピレンと他のオレフィンとの共重合体は、ブロック共重合体、ランダム共重合体の何れであってもよい。

なお、プロピレンと共重合されるオレフィンとしては、例えば、エチレン、１－ブテン、１－ペンテン、４－メチル－１－ペンテン、１－ヘキセン、１－オクテン、１－ノネン、１－デセンなどのα－オレフィンなどが挙げられる。

第１スキン部材１は、繊維を含有していてもよい。繊維としては、短繊維及び連続繊維を含み、連続繊維が好ましい。繊維としては、特に限定されないが、ガラス繊維及び炭素繊維が好ましい。短繊維とは、繊維長が２０ｍｍ未満の繊維をいう。連続繊維は、繊維長が２０ｍｍ以上の繊維をいう。

炭素繊維としては、例えば、ＰＡＮ系炭素繊維、ＰＩＴＣＨ系炭素繊維などが挙げられる。ガラス繊維としては、例えば、Ｅガラス繊維などが挙げられる。

繊維の平均径は３～３０μｍが好ましく、６～２７μｍがより好ましい。なお、本発明において、繊維径とは、繊維の長さ方向に直交する方向に平行な面で切断した切断面において、この断面を包囲し得る最小径の真円の直径をいう。

連続繊維の長さ方向と、後述する波形部材２のリブ体2aの長さ方向とは交差していることが好ましい。なお、本発明において、「二つの方向が交差している」とは、二つの方向のそれぞれに指向する直線を平行移動させたとき、二つの直線が互いに交差することをいう。

連続繊維の長さ方向と、後述する波形部材２のリブ体2aの長さ方向とが交差していることによって、パネル部材Ａの補強強度を損なうことなく、波形部材２を加熱した上でリブ体2aの長さ方向に円滑に湾曲変形させることができる。

連続繊維の長さ方向と、後述する波形部材２のリブ体2aの長さ方向とがなす角度αは、３０～６０°が好ましい。角度αを３０～６０°とすることによって、パネル部材Ａの補強強度を損なうことなく、波形部材２を加熱した上でリブ体2aの長さ方向に更に円滑に湾曲変形させることができる。なお、本発明において、「連続繊維の長さ方向と、後述する波形部材２のリブ体2aの長さ方向とがなす角度α」とは、二つの方向のそれぞれに指向する直線を平行移動させて互いに交差させたとき、二つの直線がなす角度のうち鋭角となる角度をいう。

第１スキン部材中における繊維の含有量は、１０～６０質量％が好ましく、４０～５５質量％がより好ましい。繊維の含有量が上記範囲内であると、パネル部材Ａの補強強度を損なうことなく、波形部材２を加熱した上でリブ体2aの長さ方向に円滑に湾曲変形させることができる。

図１に示したように、第１スキン部材１の一面には波形部材２が一体的に設けられている。波形部材２は、熱可塑性樹脂を含み、加熱をすることによって構造体の表面形状に合わせて変形可能に構成されている。なお、波形部材２に含まれている熱可塑性樹脂は、第１スキン部材１に含まれている熱可塑性樹脂において例示されている熱可塑性樹脂を用いることができる。波形部材２に含まれている熱可塑性樹脂と、第１スキン部材１に含まれている熱可塑性樹脂とは同一であっても相違していてもよい。

波形部材２は、第１スキン部材１の一面に一体化され且つ任意の間隔で形成された第１接続部21と、第１接続部21の幅方向の両端のそれぞれから延びる両側壁部22a、22bと、互いに隣接する第１接続部21a、21bのそれぞれから延び且つ互いに対向する壁部22b、22aにおける対向端縁同士を接続している第２接続部23とを有している。

波形部材２の第１接続部21は、任意の間隔をおいて繰り返し複数個形成されている。第１接続部21、21同士の間隔は、一定であっても変化してもよく、構造体において補強効果を向上させたい部分に、第１接続部21が多く配設されるように構成しておくことが好ましい（図８参照）。

第１接続部21における該第１接続部21の配設方向（幅方向）の寸法（幅寸法）は、一定であっても変化してもよい。第１接続部の幅寸法は、２ｍｍ以上が好ましく、２～３０ｍｍがより好ましく、５～２０ｍｍが特に好ましい。

第１接続部21は、第１接続部21の配設方向に対して交差する方向に延びており、平板状であることが好ましく、更に、第１接続部21が延びる方向における第１スキン部材１の全長に亘って形成されていることが好ましい。

第１接続部21の延びている方向（延長方向）は、複数個の第１接続部21の配設方向に対して直交する方向であることが好ましい。直交していることによって、パネル部材Ａの補強強度を損なうことなく、波形部材２を加熱した上でリブ体2aの長さ方向に円滑に湾曲変形させることができる。

第１接続部21の幅方向の両端縁のそれぞれには全長に亘って両側壁部22（22a）、22(22b)が一体的に設けられており、両側壁部22、22は、第１スキン部材１から離間する方向に延びている。

両側壁部22、22の延長方向における寸法は、一定であっても変化してもよいが、一定であることが好ましい。

第１接続部21の配設方向に沿った面における壁部22の断面は、直線状であっても曲線状であってもよく、パネル部材を加熱した上でパネル部材を所望形状に容易に変形させることができるので、直線状が好ましい。

両側壁部22、22と第１接続部とがなす角度（内角）βは、一定であっても変化してもよい。構造体にて、補強効果を向上させたい部分においては、両側壁部22、22と第１接続部とがなす角度は小さいことが好ましい。

第１接続部21と両側壁部22、22とがなす角度βは、特に限定されないが３０～１５０°が好ましく、４５～１３５°がより好ましく、９０～１２０°が特に好ましい。角度βが上記範囲内にあると、パネル部材の圧縮強度及び曲げ強度が向上して好ましい。

具体的には、図１、図４及び図５に、第１接続部21の配設方向に平行な面で切断した、壁部22の断面が直線状であるパネルを示す。詳細には、図４は、第１接続部21と両側壁部22、22とがなす角度βが９０°であるパネル部材Ａを示している。図１は、第１接続部21と両側壁部22、22とがなす角度βが１２０°であるパネル部材Ａを示している。図５は、第１接続部21と両側壁部22、22とがなす角度βが６０°であるパネル部材Ａを示している。

図６に、第１接続部21の配設方向に平行な面で切断した、壁部22の断面が曲線状であるパネルを示した。

パネル部材Ａにおいて、上述の通り、第１接続部21と両側壁部22、22とがなす角度βは、鈍角であっても鋭角であってもよいが、パネル部材Ａに対して厚み方向に圧縮する押圧力が加わった場合に、第１接続部21と両側壁部22、22とが互いに相対的に変位することによって押圧力をより円滑に吸収し、構造体をより確実に保護することができることから、第１接続部21と両側壁部22、22とがなす角度βは鈍角であることが好ましい。

ここで、第１接続部21の配設方向に平行な面で切断した、壁部22の断面が直線状であるパネルの場合、第１接続部21と壁部22とがなす角度βとは、第１接続部21及び壁部22を第１接続部21の配設方向に平行な面で切断した切断面において、第１接続部21と壁部22とがなす内角をいう。なお、第１接続部21が直線状でない場合、第１接続部21の両端同士を結ぶ直線と、壁部22とがなす内角をいう。

又、第１接続部21の配設方向に平行な面で切断した、壁部22の断面が曲線状であるパネルの場合、第１接続部21と両側壁部22、22とがなす角度βとは、第１接続部21及び壁部22を第１接続部21の配設方向に平行な面で切断した切断面において、壁部22の基端（第１接続部21と壁部22との接続部）と壁部22の先端（壁部22と第２接続部23との接続部）とを結ぶ直線と、第１接続部21とのなす内角をいう。なお、第１接続部21が直線状でない場合、第１接続部21の両端同士を結ぶ直線と、壁部22とがなす内角をいう。

そして、互いに隣接する第１接続部21(21a)、21(21b)の互いに対向する端縁から延びている壁部22(22b)、22（22a）の対向端縁22b1、22a1同士が第２接続部23によって接続一体化されている。壁部22(22b)、22（22a）の対向端縁22b1、22a1同士は、壁部22、22の長さ方向の全長に亘って第２接続部23によって接続一体化されている。

波形部材２は、第１接続部21、両側壁部22a、22b及び第２接続部23によって形成され且つ全長に亘って内部が中空であるリブ体2aを有しており、このリブ体2aは、第１接続部21の配設方向に対して交差する方向に延びている。リブ体2aは、第１接続部21の配設方向に対して直交する方向に延びていることが好ましい。

波形部材２は、上述の通り、任意の間隔を存して複数個のリブ体2aが互いに並列した状態に形成されており、パネル部材Ａは、リブ体2aの長さ方向及び幅方向の双方において優れた機械的強度を有していると共に、厚み方向に対する圧縮応力に対しても優れた抵抗力を有する。

波形部材２は、連続繊維を含有している。連続繊維としては、第１スキン部材において用いられる連続繊維と同様の連続繊維を用いることができる。連続繊維の具体的な説明は、上記と同様であるので省略する。第１スキン部材1に含有されている連続繊維と、波形部材２に含有されている連続繊維とは同一であっても相違していてもよい。なお、図２及び図３において、理解しやすいように連続繊維を図示しているが、連続繊維は外観上、視認できなくてもよい。

波形部材２に含有されている連続繊維の長さ方向と、波形部材２のリブ体2aの長さ方向とは交差している。

波形部材２に含有されている連続繊維の長さ方向と、波形部材２のリブ体2aの長さ方向とがなす角度γは、３０～６０°が好ましい。角度γを３０～６０°とすることによって、パネル部材Ａの補強強度を損なうことなく、波形部材２を加熱した上でリブ体2aの長さ方向に更に円滑に湾曲変形させることができる。

波形部材２に含有されている連続繊維2bは、任意の一の方向に延びる連続繊維2b1と、この連続繊維2b1に対して交差する方向に延びる連続繊維2b2とを含むことが好ましい。このように、二つの方向に延びる連続繊維を含有していることによって、パネル部材Ａは、様々な方向からの変形応力に効果的に抗することができ、構造部材に優れた機械的強度を付与することができる。

連続繊維2b1の長さ方向と、連続繊維2b2の長さ方向とがなす角度は、２０～７０°が好ましく、３０～６０°がより好ましく、４０～５０°が特に好ましい。連続繊維2b1の長さ方向と、連続繊維2b2の長さ方向とがなす角度が上記範囲内であると、パネル部材Ａの補強強度を損なうことなく、波形部材２を加熱した上でリブ体2aの長さ方向に円滑に湾曲変形させることができると共に、様々な方向からの変形応力に効果的に抗することができ、構造部材に優れた機械的強度を付与することができる。

波形部材２中における連続繊維の含有量は、１０～６０質量％が好ましく、４０～５５質量％がより好ましい。連続繊維の含有量が上記範囲内であると、パネル部材Ａの補強強度を損なうことなく、波形部材２を加熱した上でリブ体2aの長さ方向に円滑に湾曲変形させることができる。

図７に示したように、パネル部材Ａは、波形部材２上にシート状の第２スキン部材３が一体的に設けられていてもよい。なお、第２スキン部材３は、第１スキン部材と同様の構成を有するので説明を省略する。第１スキン部材１と第２スキン部材３とは同一であっても相違していてもよい。なお、図７においては、図１のパネル部材Ａに第２スキン部材３を一体的に設けた場合を示したが、図１に示したパネル部材Ａ以外のパネル部材Ａであってもよい。

第２スキン部材３は、波形部材２の第２接続部23のそれぞれに接合一体化されている。パネル部材Ａが第２スキン部材３を有する場合、第１スキン部材１と第２スキン部材３とが波形部材２を介して一体化されたサンドイッチ構造となる。

パネル部材Ａは、サンドイッチ構造を有しているので優れた機械的強度を有しており、あらゆる方向からの応力に対して優れた抵抗力を有し、構造体に優れた機械的強度を付与することができる。

上記パネル部材Ａは変形可能な状態となるまで全体的に又は部分的に加熱した上で構造体の表面形状に合致した状態に変形させた上で冷却させることによって、構造体の表面形状に沿った形状とすることができる。なお、パネル部材Ａは変形させることなく用いてもよい。

パネル部材Ａを構造体の表面形状に沿った形状に変形させるにあたって、図９に示したように、パネル部材Ａを第１接続部21の配設方向に湾曲させるように変形させてもよいし、図１０に示したように、パネル部材Ａをリブ体2aの長さ方向に湾曲させるように変形させてもよい。

パネル部材Ａは、波形部材２に含有されている連続繊維の長さ方向と、波形部材２のリブ体2aの長さ方向とが交差しており、連続繊維は、その長さ方向がリブ体2aの長さ方向に合致しないように配設されている。従って、パネル部材Ａをリブ体2aの長さ方向に湾曲させるように変形させる場合にあっても、連続繊維の補強効果を損ねることなく、連続繊維による抵抗を抑制しながら、パネル部材Ａを容易に湾曲させて構造体の表面形状に沿って容易に変形させることができる。

そして、図９及び図１０に示したように、構造体の表面形状に沿った形状に変形させたパネル部材Ａを構造体Ｂの表面に、接着剤などの汎用の手段を用いて一体化させることによって構造体を補強し、構造体に優れた機械的強度を付与することができる。なお、図９及び図１０に示したパネル部材Ａは、第２スキン部材３を有している場合を示したが、これに限定されるものではない。

なお、構造体としては、パネル部材Ａを表面に一体化させて強度を付与することができるものであれば、特に限定されず、例えば、船舶、自動車、航空機などの輸送機器、建築構造物などが挙げられる。特に、輸送機器を構成している部材は湾曲面を有しているものが多く、このような湾曲面を有する部材を容易に且つ確実に補強することができる。

1 第１スキン部材
2a リブ体
2b、2b1、2b2 連続繊維
２波形部材
３第２スキン部材
21 接続部
22、22a、22b 壁部
23 第２接続部
Ａパネル部材

Claims

熱可塑性樹脂を含むシート状の第１スキン部材と、
上記第１スキン部材の一面に一体的に設けられ且つ連続繊維を含有している波形部材とを有し、
上記波形部材は、上記第１スキン部材に一体化され且つ任意の間隔で形成された第１接続部と、上記第１接続部の幅方向の両端のそれぞれから延びる両側壁部と、互いに隣接する第１接続部のそれぞれから延び且つ互いに対向する壁部における対向端縁同士を接続している第２接続部とを有していると共に、上記第１接続部、上記両側壁部及び第２接続部によって形成されたリブ体を有しており、
上記連続繊維の長さ方向と、上記リブ体の長さ方向とが交差しており、
上記連続繊維の長さ方向と、上記リブ体の長さ方向とがなす角度γが、３０～６０°であり、
上記連続繊維は、任意の一の方向に延びる連続繊維と、この連続繊維に対して交差する方向に延びる連続繊維とを含み、
上記任意の一の方向に延びる連続繊維の長さ方向と、この連続繊維に対して交差する方向に延びる上記連続繊維の長さ方向とがなす角度が、２０～７０°であり、
上記連続繊維は、上記波形部材の一つの端部から他の端部まで連続することを特徴とするパネル部材。
連続繊維は、炭素繊維を含有することを特徴とする請求項１に記載のパネル部材。
構造体の表面に一体的に配設して上記構造体を補強するために用いられると共に、加熱することによって上記構造体の表面形状に合わせて変形可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のパネル部材。