JPH02155638A - 複合型構造材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、建築物や船舶、車両等の構造物に用いられる
複合型構造材料に係り、特に高強度、高剛性で且つ軽量
であると共に、曲げ加工性及び組付性に優れた長尺状の
複合型構造材料に関するものである。

（従来技術） 従来から、建築構造物には、Ｈ型鋼で代表される形材や
板材の如き構造材料が、種々の材料と組み合わされて、
主として強度面を考慮して使用されており、また自動車
や鉄道車両、船舶等の運輸機械にあっては、そのような
構造材料が、強度面に加えて、搭！！機器類の重量増加
の吸収、動力費並びに諸設備費の低減等を目的とした軽
量化をも考慮して、用いられている。

ところで、このような構造材料にあっては、構造物に要
求される強度と剛性とを確保する必要があり、それ故単
に材料強度を高めるだけなら高張力鋼等を用いればよい
が、剛性を大きくするためには断面形状を大きくしなけ
ればならず、その重量増加を軽減するためにも、近年で
は、比重の小さなアルミニウム合金の使用が高まりつつ
ある。

そして、このようなアルミニウム合金製の構造材料は、
一般に、押出成形やロール成形、或いは圧延等によって
製造され、なかでも住宅関連部材においては、アルミサ
ツシに代表される押出成形材が、その優れた意匠性、耐
蝕性及び軽量性故に、多く使用されており、また最近で
は、かかる押出成形材が大型化されたことによって、車
両や船舶等にも用いられるようになってきている。

また、建築物の床板等としては、肋骨構造をもった圧延
板材や、或いはアルミニウム９ｉ等でＪ［された正六角
形状のハニカム孔を有するハニカムコアを挟むように、
そのハニカム孔が開口する両側面に面板を固着せしめて
なる複合型構造を有するサンドインチパネルが、用いら
れている。

（問題点） ところで、このような構造材料にあっては、建築物のコ
ーナ一部分や船体外板等の如く、曲面パネルが必要とさ
れる場合が多く、そのような場合には、必要な曲率に適
宜曲げ加工を施すことのできる構造材料が必要となる。

しかしながら、従来のアルミニウム合金製の形材にあっ
ては、中空状乃至はリブ付板状のために、曲げ加工時に
曲げられた部分の内側に局部座屈を住することが多く、
曲げ加工が必要な材料では板部を薄くすることが困難で
あった。

また一方、前述の如きサンドインチパネルは、大きな剛
性と軽量性とを兼ね備えた材料ではあるが、曲げ加工が
極めて困難で殆ど不可能に近く、どうしても必要な場合
には、上下の各々の面板を別々に曲げ、コアを削り出す
ことにより曲面を形成させ、その各々を接合させる必要
があったのである。

更にまた、押出成形材は、長尺で比較的幅が狭く、構造
物の壁面や床面等の広幅の部位に適用するに際しては、
溶接にて組み付ける必要があり、そのために組付作業が
面倒であると共に、充分な精度を確保することが難しく
、また材質に対して溶接性を考慮しなければならないた
めに、強度的に充分な材質を選定し難いといった問題を
も内在していたのである。

（解決手段） ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景として
為されたものであって、その目的とするところは、高強
度、高剛性で且つ軽量であると共に、優れた曲げ加工性
及び組付性を有し、特に、各種構造物における広幅曲面
部位の構造材料等として掻めて有利に適用され得る、新
規な長尺状のアルミニウム合金製複合型構造材料を提供
することにある。

そして、かかる目的を達成するために、本発明にあって
は、長手方向に延びる所定深さの収容凹所と、該収容凹
所に直角な幅方向の両側縁部に設けられた嵌挿型連結部
とを備えたアルミニウム合金製の長尺形材に対して、曲
げ加工による面板の伸びと縮みに対してコアが追従可能
のように、展張率を調整したハニカムコアを、そのハニ
カム孔が咳形材の収容凹所の深さ方向に延びる状態で、
該収容凹所内に収容し、固定的に配置せしめてなる複合
型構造材料を、その特徴とするものである。

（実施例） 以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発
明の実施例について、図面を参照しつつ、詳細に説明す
ることとする。

先ず、第１図には、本発明に従う構造とされた複合型構
造材料１０の一興体例が示されている。

かかる図において、１２は、アルミニウム合金材料を用
いて押出成形にて形成された形材であって、第２図に示
されているように、略狭幅の板状断面を有する長尺状に
て形成されている。

また、かかる形材１２には、その内部において大きく凹
所１４が設けられていると共に、該凹所１４が、一方の
面に開口されており、それによってかかる形材１２の断
面が、略枠体状とされている。また、かかる凹所１４の
開口部には、幅方向両側縁部から、所定幅で内方に突出
する突条１６．１８が長手方向に連続して設けられてい
ると共に、それら突条１６．１８の内側縁部の外側面上
には、それぞれ、後述する面板（３６）が嵌め込まれる
受面２０が形成されている。

なお、かかる凹所１４によって、形材１２の中央部の板
厚は、底板部３４だけの板厚となるが、該形材１２は、
後述するハニカムコア（３ｏ）と複合された状態で、外
部からの荷重や衝撃に耐えるだけの厚さがあればよく、
通常は、１〜４鵬程度の板厚にて、充分な強度が発揮さ
れ得ることとなる。

更にまた、かかる形材１２には、その幅方向の一方の縁
部において、厚さ方向両端部からそれぞれ幅方向に所定
高さで突出する２つの挟持片を備えた雌型連結子２４が
、また他方の縁部において、厚さ方向中央部から幅方向
に所定高さで突出する嵌入片を備えた雄型連結子２８が
、それぞれ一体的に形成されている。そして、後述する
ように、これら雌型連結子２４と雛型連結子２８とによ
って、複数の形材１２が、幅方向に連結され得るように
なっているのである。

そして、本実施例における構造材料１０にあっては、第
３図及び第４図に示されているように、このような構造
とされた形材１２に対して、特定構造のハニカムコア３
０が、該形材１２の凹所１４内に収容、配置されている
のである。かかるハニカムコア３０は、アルミニウム箔
を用いて形成された、六角形状のハニカム孔３２を備え
てなるものであって、公知の接着型或いはろう付型のも
のが用いられ、−ｍには、アルミニウム箔に塗布ロール
で接着剤を所定間隔で塗布したものを、積層し、ホット
プレスで加圧、加熱することによって接着せしめた後、
それを展張することによって製造されたものが、好適に
用いられることとなる。

また、ここにおいて、かかるハニカムコア３０にあって
は、そのハニカム孔３２が、不完全な正六角形状、具体
的には第４図からも明らかな如く、正六角形状のものを
、一対向辺方向に押し潰したような形状とされたものが
用いられることとなる。

なお、このような不完全正六角形状のハニカム孔３２を
有するハニカムコア３０は、例えば、前述の如き、展張
にて形成する際に、その展張率を調節することによって
、有利に製造することが可能である。即ち、前述の如く
、多数枚のアルミニウム箔を積層、接着せしめた積層体
を用いて、そのハニカム孔が正六角形となるまで展張し
た場合の展張率を１００％とすると、１００％より小さ
な展張率で展張することによって製造することができる
のである。そして、特に、かかるハニカムコア３０とし
ては、１０％〜９０％程度の展張率で展張せしめてなる
ものが、好適に用いられることとなる。

そして、このようなハニカムコア３０は、前記形材１２
の凹所１４内に対して、そのハニカム孔３２の開口方向
が、凹所１４の深さ方向となる状態で、且つその展張方
向、即ち各ハニカム孔３２における対向辺間距離の小な
る方向が、凹所１４の長手方向となる状態で、収容せし
められ、またかかるハニカムコア３０には、形材１２の
底板部３４との当接面に対して、熱硬化型接着剤等の適
当な接着剤が塗布されることにより、一体的に固着せし
められることとなる。

さらに、このようにハニカムコア３０が凹所１４内に収
容配置された形材１２には、凹所１４の開口部を閉塞す
るように、前記突条１６．１８の受面２０．２０間に亘
って薄肉平板状の面板３６が配置せしめられ、そこに露
出されるハニカムコア３０の開口面に対して、適当な接
着剤にて固着されることにより、一体的に組み付けられ
ることとなり、それによって、第１図に示されている如
き、複合型構造材料１０が構成されているのである。な
お、かかる面板３６は、強度部材として作用させる必要
がないことから、その肉厚を充分に薄く設定することが
可能である。

ところで、このような複合型構造材料１０にあっては、
比較的狭幅であることから、広幅面に用いる場合には、
幅方向に接合する必要があるが、本実施例における構造
材料１０には、その幅方向両側縁部において、前記した
雌型連結子２４及び雄型連結子２８を備えており、それ
ら連結子２４．２８を相互に嵌挿して連結せしめること
によって接合することができるのである。

具体的には、複数の構造材料ｌＯの接合に際しては、第
５図に示されているように、連結されるべき一方の構造
材料１０における雌型連結子２４を構成する挟持片間に
対して、他方の構造材料１０における雄型連結子２８を
構成する嵌入片を嵌め込むことによって、それら両連結
子２４．２日が嵌合されて連結せしめられることとなる
。また、特に、本実施例においては、両連結子２４．２
８が嵌挿された際、それらの嵌入片と両挟持片との間に
、構造材料１０の長手方向に延びるロッド挿通孔を協同
して形成するロッド受座３８．３８が形成されており、
そしてかかるロッド挿通孔内にコネクティングロッド４
０がそれぞれ挿通されることによって、雄型連結子２８
の雌型連結子２４からの抜けが阻止されていると共に、
その連結部の強度の向上が図られているのである。

更にまた、このような接合部位には、必要に応じて、溶
接部４２が形成されることとなる。尤も、かかる溶接部
４２は、連結部強度を得るためのものではなく、雌型連
結子を構成する挟持片の間隔が広がらないように固定で
きれば良い。

なお、このような複合型構造材料１０を長手方向に連結
する必要がある場合には、例えば、第６図に示されてい
る如き、形材１２の凹所１４の断面形状に略対応する外
形を有する中空状の連結中子４８を用いて、第７図に示
されているように、該連結中子４８を、接続されるべき
構造材料１０．１０の端面から差し込んで、凹所１４内
に嵌挿せしめ、更に両側形材１２．１２の当接面間を溶
接すること等によって、行なわれることとなる。

すなわち、このような構造とされた複合型構造材料１０
にあっては、アルミニウム合金製であることによる軽量
性と、その内部に収容配置されたハニカムコア３０によ
る高剛性とが、有利に確保され得ることに加えて、かか
るハニカムコア３０が、完全には展張されていない不完
全な正六角形状を呈するハニカム孔３２を有しているこ
とから、その展張方向の伸縮が、成る程度許容され得る
のであり、そしてそれに基づいて１．構造材料１０にお
ける良好なる曲げ加工性が実現され得ることとなるので
ある。

そしてまた、かかる複合型構造材料１０にあっては、凹
所１４内に収容されたハニカムコア３０によって、曲げ
加工に際しての形材１２自体の局部的な折れ曲がりも、
有効に回避されることから、上記ハニカムコア３０にお
ける曲げ加工性の確保と相俟って、比較的大きな曲げ加
工が可能となるのである。

なお、このような構造材料１０の曲げ加工に際しては、
ハニカムコア３０を形材１２の底板部３４及び面板３６
に対して接着する接着剤として、硬化速度の遅い接着剤
を用いて、完全に硬化する前に曲げ加工を施すようにす
ることによって、その曲げ加工をより容易に行なうこと
が可能となる。

因みに、このような複合型構造材料１０における曲げ加
工性を確認するために、凹所１４の開口幅：１２０鵬、
全厚：３０ｍｍの形材１２に対して、箔厚：０，０７５
ｍｍのアルミニウム箔にて形成された厚さ：２６．７ｆ
ｆ＋ｍで、展張率：１００％のときのセルサイズが６．
４　ｍｍとなるものを展張率ニア５％で展張したハニカ
ムコア３０を収容せしめてなる構造の、前述の如き構造
材料１０を用いて、第８図に示されているように、スパ
ン：１．９ｍの支点４４．４４間に架は渡し、その中央
部に対して荷重Ｐを及ぼすことによって、かかる構造材
料１０に生ぜしめられる中央部の残留撓み量をダイヤル
ゲージ４６にて測定した。その結果を第９図に示すこと
とする。なお、かかる実験に際しては、形材１２と略同
−断面を有する中空状のアルミニウム製形材についても
同様な測定を行ない、その結果を比較例として、第９図
に併せ示すこととする。

かかる図からも、比較例としての中空材にあっては、残
留撓み量：３０ａ＋ｍで折れ曲がるが、本実施例の構造
材料１０にあっては、残留撓み量：２００ｍｍまで、曲
げ加工することが可能であり、その優れた曲げ加工性が
明らなところである。

さらに、上述の如き複合型構造材料１０にあっては、幅
方向両側縁部に一体的に形成された連結子２４．２８の
嵌挿操作によって、幅方向の連結が、良好なる作業性と
高い精度をもって有利に為され得ることとなるのである
。

また、特に本実施例のものにおいては、連結部を構成す
る連結子２４．２日の剛性及び連結力が有利に確保され
得ることから、かかる連結部が構造物の肋骨としても機
能して、その強度及び剛性がより一層有利に向上され得
るといった利点をも有しているのである。

次に、第１０図には、本発明に係る別の実施例としての
複合型構造材料５０が示されている。かかる複合型構造
材料５０にあっては、その形材５２が、アルミニウム合
金製の長尺状平板をロール成形にて幅方向両側縁部を屈
曲せしめて、その内部に、略矩形状断面の凹所５８を、
長手方向に連続して形成することによって構成されてい
る。

そして、かかる形材５２の凹所５８内に、前記第一の実
施例と同様な特定構造のハニカムコア３０が、そのハニ
カム孔が凹所５８の深さ方向に延びる状態で収容される
と共に、該凹所５８の開口部に面板６０が配置せしめら
れ、更にかかるハニカムコア３０の両側開口面が、それ
ぞれ、形材５２の底板部６２と面板６０とに固着されて
いるのである。

そしてまた、かかる面板６０の取付けによって、形材５
２の前記凹所５８を幅方向に挟む両側部分には、外方に
突出する雄型連結子５４と、内方に凹陥された雌型連結
子５６とが、それぞれ、長手方向に連続して形成されて
いる。なお、図中、６４は、雌型連結子５６を構成する
アルミ板である。

従って、このような構造とされた本実施例における複合
型構造材料５０にあっては、前記実施例と同様、大きな
剛性と軽量性を有することに加えて、優れた曲げ性能が
発揮され得るのであり、また雄型連結子５４と雌型連結
子５６との嵌挿によって、良好なる連結性が達成され得
ることとなるのである。

以上、本発明の実施例について詳述してきたが、これは
文字通りの例示であって、本発明は、かかる具体例にの
み限定して解釈されるものではない。

例えば、前述の如き構造材料１０の幅方向両側縁部に形
成される連結子２４．２日の具体的構造は、前記実施例
のものに限定されるものではない。

例えば、第１１図に示されているように、雌型連結子２
４と雄型連結子２８との嵌挿面間に、接着剤の注入孔６
６を設けて、嵌挿、連結後に接着剤を注入するようにし
ても良い。また、コネクティングロッド４０の配設形態
としても、前記実施例の他、第１２図に示されている如
き、二段配置形態や、第１３図に示されている如き、千
鳥状配置形態等を採用することも可能である。なお、第
１１図乃至第１３図においては、その理解を容易とする
ために、前記第一の実施例と同様な構造とされた部材に
対して、それぞれ、同一の符号を付しておくこととする
。

また、形材１２及び凹所１４の具体的形状や、連結部の
具体的な嵌挿構造、或いはハニカムコア３０のセルサイ
ズや展張率等は、何れも設計事項であり、構造材料に要
求される強度や剛性及び曲げ加工性等に応じて、適宜設
定され、変更されるものであることが、理解されるべき
である。

その他、−々列挙はしないが、本発明は当業者の知識に
基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた態様にお
いて実施され得るものであり、またそのような実施態様
が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも本発明の範
囲内に含まれるものであることは、言うまでもないとこ
ろである。

（発明の効果） 上述の説明から明らかなように、本発明に係る構造材料
にあっては、形材の収容凹所内にハニカムコアが収容さ
れてなる複合構造を有していることから、軽量性を確保
しつつ、高剛性が有利に達成され得るのである。

そして、このような複合型構造材料にあっては、ハニカ
ムコアによる形材の曲げ加工時における折れ曲がりの防
止と、不完全正六角形状のハニカム孔を有するハニカム
コアが用いられていることによる、その曲げ性の確保と
によって、良好なる曲げ加工性が発揮され得ることとな
るのである。

さらに、かかる複合型構造材料にあっては、嵌挿型の継
手部（連結部）を備えていることから、幅方向の組付け
が、良好なる作業性と高い精度とをもって有利に為され
得るといった利点をも有しているのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う構造とされた複合型構造材料の一
実施例を示す横断面図である。第２図はかかる複合型構
造材料を構成する形材を示す横断面図であり、また第３
図はかかる形材に対してハニカムコアを装着した状態を
示す横断面図であり、第４図はその平面図である。第５
図は、第１図に示されている複合型構造材料の連結構造
を示す横断面図である。第６図は第１図に示されている
複合型構造材料の長手方向の連結に際して用いられる連
結中子の一具体例を示す斜視図であり、第７図はかかる
連結中子を用いた連結状態を示す説明図である。また、
第８図は、第１図に示されている複合型構造材料の曲げ
加工性を測定するために行った実験方法を説明するため
の概略図であり、第９図はかかる実験結果を示すグラフ
である。更に、第１０図は、本発明に従う構造とされた
複合型構造材料の別の実施例を示す横断面図である。 また、第１１図乃至第１３図は、それぞれ、第１図に示
されている複合型構造材料において有利に適用される連
結部構造の他の具体例を示す要部断面説明図である。 ２８．５４：雄型連結子 ３２；ハニカム孔 ３０：ハニカムコア

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 長手方向に延びる所定深さの収容凹所と、該長手方向に
   直角な幅方向の両側縁部に設けられた嵌挿型連結部とを
   備えたアルミニウム合金製の長尺形材に対して、アルミ
   ニウム合金製のハニカムコアを、そのハニカム孔が該形
   材の収容凹所の深さ方向に延びる状態で、該収容凹所内
   に収容し、固定的に配置せしめたことを特徴とする複合
   型構造材料。