曲面サンドイッチパネル
【課題】内部応力の発生が抑制され信頼性が高く軽量な曲面サンドイッチパネルの提供。
【解決手段】所定の一次曲面に沿って湾曲した板状のコアと、一次曲面に沿って湾曲してコアの両主面に接合された表面板とを備えた曲面サンドイッチパネルにおいて、コアが、コアの面内でコアの湾曲方向に並べて配置され、湾曲方向に実質的に剛体である少なくとも２つのハニカム構造の第１芯材と、コアの面内で第１芯材の間に配置され、コアの湾曲方向に可撓性であるコルゲート構造の第２芯材とを備えている。
【効果】軽量ながら信頼性の高い曲面サンドイッチパネルが提供できる。
【解決手段】所定の一次曲面に沿って湾曲した板状のコアと、一次曲面に沿って湾曲してコアの両主面に接合された表面板とを備えた曲面サンドイッチパネルにおいて、コアが、コアの面内でコアの湾曲方向に並べて配置され、湾曲方向に実質的に剛体である少なくとも２つのハニカム構造の第１芯材と、コアの面内で第１芯材の間に配置され、コアの湾曲方向に可撓性であるコルゲート構造の第２芯材とを備えている。
【効果】軽量ながら信頼性の高い曲面サンドイッチパネルが提供できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は曲面サンドイッチパネルに関し、特に、鉄道車両、建材、船舶、自動車等の車両、航空宇宙分野等の用途において用いられるのに適した曲面サンドイッチパネルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
サンドイッチパネルとは、コルゲート構造やハニカム構造などのコアの両主面に表面板をろう付けあるいは接着剤により接合したもので、強度と軽量化を両立させることができる構造である。曲面サンドイッチパネルの具体例として、コアの各セルの厚さ方向の軸心がパネルの曲面の曲率半径の方向に放射状になるように予め湾曲させたハニカムコアを用い、このハニカムコアの両面に同じ曲率で湾曲した表面板をろう付けした曲面パネルが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、芯材にコルゲートを用いたものとし、波形コアを２枚の面板で挟んでろう付けにより接合した平面サンドイッチパネルが提案されている。また、芯材として２枚のコルゲート波形の方向を変えて重ね合わせたものを使用することも提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、曲面サンドイッチパネルの別の提案によれば、曲面サンドイッチパネルは、表面材の間に第一および第二の２種類のコアを挿入したものであり、第一コアは、所定の曲面状に並列に配設した複数本の棒状体と、棒状体を連結する可撓性のシート状の連結部材とから成っており、棒状体は、加工性に富む平行合板が、又、連結部材はレイヨン等の合成繊維製の不織布が好ましい。第二コアは曲面状の波状コルゲートコアである（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−９９５３０号公報
【特許文献２】特開２００１−１３８０４３号公報
【特許文献３】特開１９９５−５２２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなサンドイッチパネルは、上述の通り優れた性能を示すものであるが、芯材と表面板材との接合は接着剤やろう付けで行うために、接着剤の塗布量むら、樹脂の硬化収縮や、加熱したときの温度分布、部材ごとの膨張係数の差に由来する熱応力などにより、サンドイッチパネル内にこれら接合方法に由来する応力が発生することになる。その結果、特にサンドイッチパネルの形状が曲面の場合、湾曲部の曲率のずれが生じやすく、大量に製品を製造した場合、全ての製品で最終的に固定する支持体との位置精度を確保するためには、接合の管理を厳しく行う必要がある。
【０００７】
特許文献１に開示されているようなアルミハニカムの芯材に表面材を接合したサンドイッチパネルにおいて、設計寸法に対して反りなどの変型が生じたパネルを、支持体上に締結することによって反りを戻す変型をさせた場合には、パネル自体に内部応力が発生して芯材と表面板との接合が破壊することがある。
【０００８】
特許文献２および３には、コルゲート構造を用いてサンドイッチパネルを作製することが提案されているが、コルゲートは異方性の材料で、強度の弱い方向には剛性が大きくないため、コルゲートの向きを変えて重ねたり、補強材を増やしたりする必要があり、空間確保や、軽量化の面で問題がある。また、表面板が異なる種類の材料の場合、膨張係数の差がより顕著になり反りは大きくなり、このような反りのあるサンドイッチパネルを支持体に取り付けるときに負荷がかかった状態になると、パネル内部の芯材とスキン材の接合箇所が、剥離させようとする力によって破壊されやすい状態になる。
【０００９】
特許文献３に開示されているサンドイッチパネルの第２コアとしてのコルゲート構造は、パネルの重量と製造費の低減のために用いられているものであり、サンドイッチパネルに適度な可撓性を与えることの課題も解決手段も開示されていない。多数の棒状体を互いに連結するシート状の連結部材は可撓性であるが、この可撓性は、製造途中での圧縮装置による湾曲工程で発揮されるだけで、完成後のパネルに方向性のある可撓性を与えるものではない。
【００１０】
従ってこの発明の目的は、内部応力の発生を抑制して信頼性が高く軽量な曲面サンドイッチパネルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の曲面サンドイッチパネルは、所定の一次曲面に沿って湾曲した板状のコアと、上記一次曲面に沿って湾曲して上記コアの両主面に接合された表面板とを備えた曲面サンドイッチパネルにおいて、上記コアが、上記コアの面内で上記コアの湾曲方向に並べて配置され、上記湾曲方向に実質的に剛体である少なくとも２つの第１芯材と、上記コアの面内で上記第１芯材の間に配置され、上記コアの上記湾曲方向に可撓性である第２芯材とを備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、軽量ながら信頼性の高い曲面サンドイッチパネルが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の曲面サンドイッチパネルの一実施の形態を模式的に示す概略斜視図である。
【図２】図１の曲面サンドイッチパネルの構造を模式的に示す概略側面図である。
【図３】図１の曲面サンドイッチパネルのハニカム構造を示す概略斜視図である。
【図４】図１の曲面サンドイッチパネルのコルゲート構造を示す概略斜視図である。
【図５】この発明の実施例１の曲面サンドイッチパネルの製造に用いる積層化台の概略斜視図である。
【図６】この発明の実施例１の曲面サンドイッチパネルを示す概略斜視図である。
【図７】この発明の実施例２の曲面サンドイッチパネルの矩形波形のコルゲート構造を示す概略斜視図である。
【図８】この発明の実施例３の曲面サンドイッチパネルの製造途中において表面板にコルゲート構造の第２芯材を接合した状態を示す概略斜視図である。
【図９】この発明の実施例３の曲面サンドイッチパネルの製造に用いる積層化台の概略斜視図である。
【図１０】この発明の実施例４の曲面サンドイッチパネルの製造途中において表面板にコルゲート構造の第２芯材を接合した状態を示す概略斜視図である。
【図１１】この発明の実施例４の曲面サンドイッチパネルの製造に用いる積層化台の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明をより詳細に説明するため、この発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化あるいは省略する。
【００１５】
実施の形態１．
図１〜６において、本発明の一実施の形態による曲面サンドイッチパネルは、所定の一次曲面に沿って湾曲した板状のコア１と、この一次曲面に沿って湾曲してコア１の両主面に接合された表面板２および３とを備えている。コア１は、全体として一次曲面に沿って湾曲したほぼ矩形の板部状であって、図１に矢印Ａで示す湾曲方向（すなわち切断面が湾曲線として現れる切断方向）においては湾曲しており、矢印Ｂで示す非湾曲方向（すなわち切断面が直線として現れる切断方向）においては湾曲しておらず、全体として円筒面状に湾曲している。表面板２および３は、コア１の一次曲面に沿って湾曲してコア１の両主面に結合されている。
【００１６】
この発明によれば、板状のコア１は、コア１の面内でコア１の湾曲方向Ａに互いに平行に離間して並べて配置され、湾曲方向Ａには僅かな可撓性だけしかなく実質的に剛体である少なくとも２つの第１芯材４と、コア１の面内で第１芯材４の間を充填するように配置され、コア１の湾曲方向Ａに可撓性である第２芯材５とを備えている。図示の例では、湾曲方向両端の非湾曲方向の縁に沿って第１芯材４が配置されるように、４つの長方形の第１芯材４と３つの長方形の第２芯材５とが、湾曲方向（矢印Ａ）に交互に並べられて配置されている。
【００１７】
図示の例では、第１芯材４がハニカム構造を持つものであり、第２芯材５が非湾曲方向に延びた丸みを帯びた山と谷とを持つ波形コルゲートのコルゲート構造を持つものであり、第１芯材４は面内のあらゆる方向にほぼ等しい強度あるいは剛性を持っているため等方的な芯材であると言え、第２芯材５は面内で方向によって強度あるいは剛性が相違しているため異方的な芯材であるとも言える。第１芯材４および第２芯材５のそれぞれは、表面板２および３に対して例えば接着剤および粘着テープなどの異なる接合材６によって接着されている。
【００１８】
この曲面サンドイッチパネルによれば、部分的に剛性が弱い可撓性のある補強材を積極的入れられたことと同等になり、そりが生じたパネルを設計寸法に戻しながら支持台に固定しても、可撓性のある補強材部分が微小変形することによりコア１と表面板２および３とが剥がれることが回避でき、信頼性に優れた軽量化パネルを得ることができる。また、曲面サンドイッチパネルに大きな力をかけなくても良いので、コア１と表面板２および３との接合箇所にかかるクリープ負荷が小さくなり、信頼性が向上する。また、後付けの補強材をつけるときも、異方向的な材料（コルゲート）の部分のみ選択的に補強すれば良く、重量増加が抑制される。さらに、表と裏の表面板の材質が異なり、熱応力が大きくなり、そりも大きくなる場合には、この効果は有用なものとなる。
【００１９】
適用先
この発明の曲面サンドイッチパネルは、軽量で強度を有する曲面部材が必要とされるところであればどこでも良いが、例えば鉄道車両、建材、船舶、自動車等の車両、航空宇宙分野等の用途において用いられ、特に、鉄道車両空調装置用のパネルとして用いるのに好適である。
【００２０】
表面板
表面板２および３の材質は、面板であれば特に限定はされないが、例えば、ステンレス合金、アルミ合金、めっき鋼板、ＺＡＭ鋼板、真鍮、などが挙げられる。面板は用途によっては、パンチングメタルのように穴が開いていても良い。表面板２および３として好適な例は、厚さ０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍのステンレス鋼板であり、外的要因による穴あき性や、軽量化の効果を考慮すると厚さは０．１〜０．３ｍｍであるのがより望ましい。
【００２１】
本発明は、同種の表面板材でも、接着剤の塗布むらや硬化収縮などの要因で積層体になったときにそりを生ずるので有効であるが、パネルの内外などの温度差や表面板の材質の熱膨張係数の差があるような表面板２および３の組み合わせを用いる場合に、発明の効果がより顕著になる。熱膨張係数差の生じる表面板の材質の一例として、ステンレスとアルミニウム合金の組み合わせなどが挙げられる。
【００２２】
第１芯材
本発明の等方的な第１芯材４として、ハニカム、オフセットコルゲート、発泡アルミニウムなどの材料などが挙げられる。特に、ハニカム構造が軽量化の点で有利であり、なかでもアルミハニカムが好適である。ハニカムは、セルの形状が三角形、四角形、六角形などいかなる形状でもよい。この発明で第１芯材４として使用できるハニカム構造の一例は、図３に示すような高さＨが６ｍｍ、六角形の１辺の長さＡが６ｍｍ、アルミニウム厚さＢが６０ミクロンであるアルミハニカムである。
【００２３】
第２芯材
第２芯材５としては、表面板をまげ加工して作製された、コルゲート形状をした部材が使用できる。コルゲートの形状は折り曲げた状態で波型コルゲート、矩形コルゲート。材質はアルミニウムもしくはステンレスが好適である。この発明の第２芯材５として使用できるコルゲート構造の一例は、図５に示すような厚み０．２ｍｍ、高さ６ｍｍ、ピッチ１０ｍｍの波型のアルミニウムコルゲートである。
【００２４】
接合材
第１芯材４および第２芯材５で構成されたコア１と表面板２および３とを接合する接合材６は、接着剤、粘着テープ、ロウ付けを使用できるが、製造上、接着剤を用いるのが望ましい。接合材６として接着剤を用いて接合する場合、表面板２および３とコア１とを接着する材料は、エポキシ系、アクリル系、フェノール系、ウレタン系、シリコーン系、シリコーン変性エポキシ他、オレフィン系、ポリエステル系、サンドイッチパネルとしたときに剛性を発現できるものではどのようなものでも良い。具体的には、加熱硬化の設備を必要としない、２液のエポキシ系接着剤、２液ウレタン系接着剤、２液のアクリル系接着剤が好適である。また、熱硬化樹脂に限らず、熱可塑性の材料で接着性を有する材料で結合しても良い。全体として、剛性を確保できる範囲で部分的に粘着テープを用いても良い。接着剤は１種類でも良いし、複数併用しても良い。
【００２５】
塗布方法としては、くし目ゴテなどのコテ類、ヘラ類、刷毛類、ロールコーターなどを使用して塗布する方法、或いは、ノズルを使用してビード状又は点状に塗布する方法、スプレー塗布する方法など公知の方法を用いることができる。本発明の接着剤の塗布量は、固形分１００質量％換算で８０〜１０００ｇ／ｍ2 、更には１３０〜６００ｇ／ｍ2 であることが好ましい。８０ｇ／ｍ2より少ないと、ハニカムと表面板が十分な接着が得られず、１０００ｇ／ｍ2を越えると、接着剤が多すぎて軽量化の効果が薄れてしまうからである。
【００２６】
第１芯材の接合
等方的な芯材である第１芯材４と表面板２および３とを接合する接合材６として接着剤を用いる場合には、−１０℃〜４０℃の範囲で、１Ｈｚにおける接着剤硬化後の貯蔵弾性率Ｅ’が１×１０８Ｐａ以上の接着剤を使うことが望ましい。１×１０８Ｐａ未満の接着剤であると、積層体としての剛性が十分でないからである。接合材６としての接着剤の弾性率の上限は剛性を示す限り制限は無いが接着剤を用いる場合通常、６×１０９Ｐａ以下である。６×１０９Ｐａより高い貯蔵弾性率を示す接着剤は接合材６としては硬く脆いため不適である。前述の２液エポキシ系接着剤、２液アクリル系接着剤を用いる場合、−１０℃〜４０℃において、貯蔵弾性率Ｅ’が０.３×１０９〜４×１０９Ｐａの範囲内であるものなどを用いることが好適である。
【００２７】
第２芯材の接合
異方的な芯材である第２芯材５と表面板２および３とを接合するため使う接合材６は、第１芯材４の接着に用いる接合材６と同等以下の貯蔵弾性率を示すものであれば良い。第１芯材４と第２芯材５とに対して同じ接着剤を用いても良いし、異なる接着剤を用いても良い。第１芯材４と第２芯材５とに対して異なる接合材６を用いる場合、第１芯材４には第２芯材５に用いる接合材６の弾性率よりも低い弾性率を示す接合材６を用いる必要がある。第２芯材５の上下面ともに、高い弾性率を示す接合材を用いる場合、第２芯材５の接合部分の剛性が第１芯材４の積層部の剛性を上回り、第２芯材５の材料の異方的な可撓性の特性が現れないことがあるためである。接合材の弾性率の下限は、接合可能なものであればどのようなものでも良いが、部分的に粘着テープを用いても良いので、材料の貯蔵弾性率としては−１０℃〜４０℃の範囲で１×１０4Ｐａ以上のものが望ましい。また、第２芯材５の下側と上側に用いる接合材６として異なる材料を使用しても良い。
【００２８】
芯材の配置と長さ
第２芯材５の配置箇所の数は、１曲面に対して２箇所以上が望ましい。１箇所だけであると曲面構造の中で弱い箇所が一箇所だけになり、力が集中して折れ曲がりが発生しやすい状態になるからである。曲げに弱い部分を２箇所以上にすることで、折れ曲がりを防止することができる。第２芯材５の配置箇所の数は、コルゲートのピッチが小さければ何箇所でも増やすことが可能であるが、製造上の作業性が悪くなるため１ｍあたりに対する第２芯材５の配置箇所の数としては１〜３０箇所が望ましい。異方的な材料である第２芯材５が配置されている面積のコア１全体に対する占積率は１％〜５０％が望ましく、３％〜３０％がより望ましい。５０％を超えると、第２芯材５の占める比率が高くなりすぎて構造上望ましくないからである。
【００２９】
第２芯材５の幅すなわち可撓性を示す湾曲方向Ａの寸法は、曲げたときに第２芯材が柔軟性を示す範囲の寸法であればよく、コルゲート構造の場合、ピッチの２倍以上が望ましい。ピッチは１ｍｍ〜１０ｍｍが望ましく、３〜６ｍｍがより望ましい。幅は５ｍｍ〜３００ｍｍが望ましく、１０〜１００ｍｍがより望ましい。
【００３０】
等方的な材料である第１芯材４と異方的な材料である第２芯材５との性質の関係は、異方的な材料のサンドイッチ部分が等方的な材料のサンドイッチ部分より剛性が弱い状態であれば良い。
【００３１】
この発明の曲面サンドイッチパネルは、様々な分野で曲面を有するサンドイッチパネルとして利用でき、特に、鉄道車両、建材、船舶、自動車等の車両、航空宇宙分野等の用途において用いられるのに適しており、さらには鉄道車両用の空調装置カバーあるいは駅ホームの防護柵などに適用できるものであるが、以下には、鉄道車両用の空調装置カバーに用いる場合の実施例を説明する。
【００３２】
実施例１
この発明の曲面サンドイッチパネルを車両空調装置のパネルとして製造するために、凸面の外側面となる第２の表面板３としてＳＵＳ３０４製で厚みが０．３ｍｍで１７５０ｍｍ×１７５０の大きさに調整したものを準備した。また内側面となる第１の表面板２としてＡｌ−５０５２−Ｈ３８材で厚みが０．３ｍｍで１７５０ｍｍ×１７５０ｍｍの大きさに調整したものを準備した。
【００３３】
これらの表面板２および３の片面に、接合材６として塗布時における粘度が３００００ｍＰａ・ｓで硬化後の−１０℃〜４０℃での貯蔵弾性率Ｅ’が２×１０9〜４×１０９Ｐａの範囲である室温硬化型の２液エポキシ接着剤を混合後に２００ｇ/ｍ２塗布した。塗布後に接着剤をくし目ごてで全面に広げた。
【００３４】
接合材６である接着剤を塗布した面を上にして第１の表面板２を図５に示す支持台７と同様の凸の円筒面である湾曲面を有する積層化用台に載せ、第１芯材４および第２芯材５を図６に破線で示されているような配置形状にした。すなわち、積層化台の曲面に従って湾曲した第１の表面板２の上に一方の非湾曲方向Ｂの直線状の縁に沿って、図３に示すような高さＨが６ｍｍ、六角形の１辺の長さＡが６ｍｍ、アルミニウム厚さＢが６０ミクロンであるアルミハニカムである第１芯材４を４５０×１７５０ｍｍの大きさにして敷き、その隣に図４に示すような厚みＴが０．２ｍｍ、高さＨ６ｍｍ、ピッチＰが１０ｍｍの円形波型のアルミニウムコルゲートである第２芯材５を２００×１７５０ｍｍの大きさにして敷いた。その隣に、同様に４５０×１７５０ｍｍの大きさの第１芯材４と２００×１７５０ｍｍの大きさの第２芯材５とを敷き、最後に、再び４５０×１７５０ｍｍの大きさの第１芯材４を他方の直線状の縁に沿って配置した。この後、ハニカムである第１芯材４とコルゲートである第２芯材５とが敷き詰められた上に第２の表面板３を接合材６が塗布された面を下にして乗せた。
【００３５】
その後、このようにして得られたコア１と表面板２および３との積層体を、２０００ｍｍ×２０００ｍｍの樹脂製のフィルム（図示してない）で覆い、フィルムと図５に示す支持体７と同様の凸の湾曲面を持つ積層化用台とを両面テープで接着し、真空引きして−０．０２ＭＰａの圧力になるようにして全体を３時間真空引きにより加圧した後、樹脂製フィルムを取りはずした。その後、２４時間室温で硬化させ、サンドイッチパネルを得た。
【００３６】
サンドイッチパネルの第２芯材５の表面に取付ネジ用の穴の開いたＳＵＳ３０４製の結合用部材８を２液アクリル系接着剤によって接着して図６に示すような曲面部材を完成させた。
【００３７】
実施例２
この実施例においては、コルゲート構造の第２芯材５が、図７に示すような厚みＴが０．１ｍｍ、高さＨが６ｍｍ、ピッチＰが３ｍｍの矩形波型のステンレス３０４製のコルゲートであること以外は実施例１で説明したものと同様である。サンドイッチパネルを得た後に、結合用部材８を２液アクリル系接着剤で接着し、図６に示すような曲面部材を得た。
【００３８】
実施例３
この実施例においては、空調機器カバーパネルの外側面となるように、完成した曲面サンドイッチパネルの凸の外表面を構成する第２の表面板３には実施例１および２と同様にＳＵＳ３０４で０厚さＴが０．３ｍｍで１７５０ｍｍ×１７５０ｍｍの大きさのものを用い、カバーパネルの内表面を構成する第１の表面板２にはＳＵＳ３０４製で厚みが第２の表面板３よりも薄い０．１ｍｍで１７５０ｍｍ×１７５０ｍｍの大きさのものを用いた。
【００３９】
図８に示すように、パネルの外側面となる第２の表面板３の非湾曲方向Ｂの直線状の両側縁から５００ｍｍの位置で両側縁に平行に、第２の芯材５として、厚み０．１ｍｍ、高さ５．８ｍｍ、ピッチ３ｍｍの矩型のステンレスコルゲートを、それぞれ３０×１７５０ｍｍの幅と長さで貼り付ける。この張り付けには、接合材６として基材が１２μｍのＰＥＴで、粘着剤がアクリル樹脂である０．２ｍｍの厚さを有する構造用両面粘着テープを用いた。粘着テープである接合材６の粘着剤成分のせん断弾性率Ｇ’は−１０℃〜４０℃で、６×１０６Ｐａ〜１．５×１０４Ｐａである。その後、表面板３上の第２の芯材５が貼り付けられていない箇所に塗布時の粘度が３００００ｍＰａ・ｓで硬化後の−１０℃〜４０℃での貯蔵弾性率Ｅ’が２×１０9〜４×１０９Ｐａの範囲である室温硬化型の２液エポキシ接着剤を混合後に２５０ｇ/ｍ２塗布し、くし目ごてでその全面に接着剤が広がるようにした。
【００４０】
次に、第２の芯材５が粘着テープである接合材６で貼り付けられ、それ以外の部分には接着剤が塗布されている図８の表面板３を、第２の芯材５を上にして図９に示す凹の円筒面である曲面を有する積層化用９に載せ、接着剤の塗布されている部分に、高さＨが６ｍｍ、六角形の１辺の長さＡが６ｍｍ、アルミニウム厚さＢが６０ミクロンであるアルミハニカムである第１の芯材４を図で下方に凸に湾曲させて載せた。アルミハニカムを敷いた後、接着剤が塗布されて外側面となる表面板２をその上側から載せた。
【００４１】
その後、真空引きによる全体の加圧、接着剤の硬化を経てサンドイッチパネルを得、その後に、結合用部材８を２液アクリル系接着剤で接着し、図６に示すような曲面部材を得た。
【００４２】
実施例４
図１０に示す実施例においては、カバーパネルの外側の表面を構成する凸に湾曲した第２の表面板３としてＳＵＳ３０４で金属厚みが０．３ｍｍで１７５０ｍｍ×１７５０ｍｍの大きさに調整したものを準備した。またカバーパネルの内側の表面を構成する第１の表面板２としてＳＵＳ３０４で金属厚みが０．１ｍｍで厚みが１７５０ｍｍ×１７５０ｍｍの大きさに調整したものを準備した。
【００４３】
第１の表面板２には全体に、塗布時の粘度が３００００ｍＰａ・ｓで硬化後の−１０℃〜４０℃での貯蔵弾性率Ｅ’が２×１０９〜４×１０9Ｐａの範囲である、室温硬化型の２液エポキシ接着剤を混合したものを１５０ｇ/ｍ２塗布し、くし目ごてで広げ全面に接着剤が広がるようにしておいた。
【００４４】
図１０に示すように、第１の表面板２の両端から５００ｍｍの位置に、厚みＴが０．１ｍｍ、高さＨが６ｍｍ、ピッチＰが３ｍｍの矩型のステンレスコルゲートをそれぞれ３０×１７５０ｍｍになるようにして接着剤である接合材６によって貼り付けた。接合材６としての接着剤は、２液型のエポキシ変性シリコーン接着剤で、塗布時の粘度が１７０００ｍＰａ・ｓ、硬化後の貯蔵弾性率Ｅ’が−１０〜４０℃の範囲で０．１×１０９〜０．０２×１０９Ｐａ範囲内であるものを用いた。この接合材６を表面板２のコルゲートを貼り付けていない箇所に塗布し、くし目ごてで広げ全面に接着剤が広がるようにした。その後、図１１に示すような曲面を有する積層化用台１０に載せ、接着剤の塗布されている箇所に、高さ６ｍｍ、六角形の１辺が６ｍｍ、アルミニウム厚さが２００ミクロンであるアルミハニカムの第１芯材４を敷いた。第１芯材４を敷いた後、接着剤を塗布した第２の表面板３をその上側から載せ、真空引きによる全体の加圧、接着剤の硬化を経て、サンドイッチパネルを得た。結合用部材８を２液アクリル接着剤でサンドイッチパネルに接着することで図６の曲面部材を得た。
【００４５】
実施例５
実施例１における、２液エポキシ系接着剤の替わりに、２液型アクリル系接着剤を用いた。２液アクリル系接着剤の片方（Ａ剤）には、接着剤のアクリルモノマーなどの主成分の他にクメンハイドロパーオキサイドが反応剤として含まれており、もう一方（Ｂ剤）には、接着剤のアクリルモノマーなどの主成分の他に、バナジルアセチルアセテートが反応剤として含有されているものを用いた。塗布時の２液アクリル系接着剤の粘度は２５０００ｍＰａ・ｓであり硬化後の貯蔵弾性率は、−１０〜４０℃の範囲で０．３×１０９〜２．５×１０９Ｐａ内であるものを用いた。
【００４６】
コアを接着するための接着剤を２液エポキシ系の接着剤を上記の２液アクリル系の接着剤に変えた以外は、全て実施例１と同じ構成、方法で曲面パネルを作製した。サンドイッチパネルを得た後に、結合用部材８を２液アクリル系接着剤で接着し、図６に示すような曲面部材を得た。
【００４７】
実施例６
用いる接着剤が実施例５に記載の２液アクリル系接着剤を用いること以外は、実施例２と同じ構成でサンドイッチパネルを作製した。サンドイッチパネルを得た後に、結合用部材８を２液アクリル系接着剤で接着し、図６に示すような曲面部材を得た。
【００４８】
実施例７
実施例３に用いられている２液エポキシ系接着剤の替わりに、実施例５に記載の２液アクリル系接着剤を用いてサンドイッチパネルを作製した。サンドイッチパネルを得た後に、結合用部材８を２液アクリル系接着剤で接着し、図６に示すような曲面部材を得た。
【００４９】
本発明の曲面サンドイッチパネルと従来の曲面サンドイッチパネルとを、コア１と表面板２および３との間の接合材６の剥がれについて比較評価するために、従来技術による曲面サンドイッチパネルを比較例として作製した。
【００５０】
比較例１
先ず実施例１と同様に、曲面サンドイッチパネルの凸面の外側面となる第２の表面板３としてＳＵＳ３０４製で厚みが０．３ｍｍで１７５０ｍｍ×１７５０の大きさに調整したものを準備した。また内側面となる第１の表面板２としてＡｌ−５０５２−Ｈ３８材で厚みが０．３ｍｍで１７５０ｍｍ×１７５０ｍｍの大きさに調整したものを準備した。
【００５１】
これらの表面板２および３の片面に、接合材６として塗布時における粘度が３００００ｍＰａ・ｓで硬化後の−１０℃〜４０℃での貯蔵弾性率Ｅ’が２×１０9〜４×１０9Ｐａである室温硬化型の２液エポキシ接着剤を２５０ｇ/ｍ２塗布した。塗布後に接着剤をくし目ごてで全面に広げた。
【００５２】
接合材６としての接着剤を塗布した第２の表面板３を図９に示すような凹の曲面を有する積層化台９に載せ、その上にコアとして、図３に示すものと同様の、高さＨが６ｍｍ、六角形セルの１辺の長さＡが６ｍｍ、アルミニウムの厚さＴが６０ミクロンであるアルミハニカムを、１７５０×１７５０ｍｍの大きさにして全面に敷いた。その後、第１の表面板２をコアの上に乗せた。
【００５３】
その後、実施例１と同様に真空引きにより加圧し、室温で２４時間で硬化させ曲面サンドイッチパネルを得た。サンドイッチパネルを得た後に、結合用部材８を２液アクリル系接着剤で接着し、図６に示すような曲面部材を得た。
【００５４】
比較例２
上の比較例１と同様だが、コアとしてアルミハニカムに換えて、厚さＴが０．２ｍｍ、高さＨが６ｍｍ、ピッチＰが１０ｍｍの円形波型のアルミニウムコルゲートを１７５０×１７５０ｍｍの寸法として用いて曲面サンドイッチパネルを製造した。この曲面サンドイッチパネルは、このままでは、支持体に取り付けるにあたりたわみが大き過ぎるため、ステンレスの補強部材１７５０ｍｍ×１ｍｍのＬ字補強材（幅長さ計６０ｍｍ）を、５本、サンドイッチパネルの内側のアルミニウムの第１の表面板２に接着して、たわみを抑制した。この結果、重量が約４ｋｇ増加した。
【００５５】
比較例３
実施例１における、２液エポキシ系接着剤の替わりに、２液型アクリル系接着剤を用いた。２液アクリル系接着剤の片方（Ａ剤）には、アクリルモノマーなどの主成分の他にクメンハイドロパーオキサイドが反応剤として含まれており、もう一方（Ｂ剤）には、アクリルモノマーなどの主成分の他に２-イミダゾリンチオンが反応剤として含有されているものを用いた。塗布時の２液アクリル系接着剤の粘度は２５０００ｍＰａ・ｓであり硬化後の貯蔵弾性率は、−１０〜４０℃の範囲で０．２×１０９〜２×１０９Ｐａ内であるものを用いた。
【００５６】
２液エポキシ系の接着剤を上記の２液アクリル系の接着剤に変えた以外は、全て実施例１と同じ構成、方法で曲面サンドイッチパネルの作製を試みた。全体を３時間真空引きにより加圧した後、樹脂製フィルムを取りはずした。その後、２４時間室温で硬化させたが。接着剤は部分的にしか固まっておらず、ハニカムが接着剥がれを起こす箇所が多く認められ、サンドイッチパネルを得ることができなかった。
【００５７】
比較例４
パネル外側の第２の表面板として、厚さ０．８ｍｍでのステンレスＳＵＳ３０４板を１７５０ｍｍ×１７５０ｍｍとしたものを用いてＲ曲げ加工を施した。これに、厚さ０．８ｍｍのステンレス板を１０×３０×１０ｍｍのコの字状にした長さ１７５０ｍｍの補強材を曲げ加工したものを５本、溶接で固定したＳＵＳ３０４製の結合用部材８を溶接で接合して曲面部材を製造した。
【００５８】
曲面パネルの評価
上述の実施例１〜７と、比較例１〜４で得られた曲面サンドイッチパネルを図５に示すような支持体７にねじで締結した後、締結を取り外し、コア１と表面板２および３との接合状態を確認した。その結果を次に示す。
【００５９】
試 料 重量（ｋｇ） コアと表面板の接合剥がれ 評 価
実施例１ １７ 剥がれ無し ○
実施例２ １７ 剥がれ無し ○
実施例３ １７．５ 剥がれ無し ○
実施例４ １７．５ 剥がれ無し ○
実施例５ １７ 剥がれ無し ○
実施例６ １７ 剥がれ無し ○
実施例７ １７．５ 剥がれ無し ○
比較例１ １７ ハニカムの接着剥がれ有り ×
比較例２ ２１ 剥がれ無し ×
比較例３ １７ ハニカムの接着剥がれ多数 ×
比較例４ ２３ 溶接構造のため剥がれ無し ×
【００６０】
本発明による実施例１〜７を用いることで、いずれの部材でも、コア１と表面板２および３とが安定して接合された曲面サンドイッチパネルが得られることを確認した。この部材は、車両空調装置のカバーとして寄与することができる。
【００６１】
以上のように、この発明の曲面サンドイッチパネルによれば、コルゲート構造体などの部分的に剛性が弱い可撓性のある補強材を積極的に入れることで、そりが生じたパネルを設計寸法に戻しながら支持台に固定しても、部分的に弱い補強材部分が微小変形しコアとスキンとの間が剥がれることを回避でき、曲面サンドイッチパネルの信頼性を高め、軽量化することができる。
【００６２】
また、この発明の曲面サンドイッチパネルにおいては、パネルに大きな力をかけなくても良いので、コアとスキン材との間の接着箇所でのクリープ負荷は小さくなり、信頼性が向上する。また、後付けの補強材をつけるときも、異方向的な材料（コルゲート）の部分のみ選択的に補強すれば良く、重量増加が抑制される。また、表と裏の表面板が異なっていて、熱応力が大きくなり、そりも大きくなる場合には、その効果は特に大きくなる。
【００６３】
以上に図示して説明した曲面サンドイッチパネルは単なる例であって様々な変形が可能であり、またそれぞれの具体例の特徴を全てあるいは選択的に組み合わせて用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
この発明は曲面サンドイッチパネルとして利用できるものである。
【符号の説明】
【００６５】
１ コア、２ 表面板（第１の表面板）、３ 表面板（第２の表面板）、４ 第１芯材、５ 第２芯材、６ 接合材、７ 支持体、８ 結合用部材、９ 積層化用台、１０ 積層化用台。
【技術分野】
【０００１】
この発明は曲面サンドイッチパネルに関し、特に、鉄道車両、建材、船舶、自動車等の車両、航空宇宙分野等の用途において用いられるのに適した曲面サンドイッチパネルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
サンドイッチパネルとは、コルゲート構造やハニカム構造などのコアの両主面に表面板をろう付けあるいは接着剤により接合したもので、強度と軽量化を両立させることができる構造である。曲面サンドイッチパネルの具体例として、コアの各セルの厚さ方向の軸心がパネルの曲面の曲率半径の方向に放射状になるように予め湾曲させたハニカムコアを用い、このハニカムコアの両面に同じ曲率で湾曲した表面板をろう付けした曲面パネルが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、芯材にコルゲートを用いたものとし、波形コアを２枚の面板で挟んでろう付けにより接合した平面サンドイッチパネルが提案されている。また、芯材として２枚のコルゲート波形の方向を変えて重ね合わせたものを使用することも提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、曲面サンドイッチパネルの別の提案によれば、曲面サンドイッチパネルは、表面材の間に第一および第二の２種類のコアを挿入したものであり、第一コアは、所定の曲面状に並列に配設した複数本の棒状体と、棒状体を連結する可撓性のシート状の連結部材とから成っており、棒状体は、加工性に富む平行合板が、又、連結部材はレイヨン等の合成繊維製の不織布が好ましい。第二コアは曲面状の波状コルゲートコアである（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−９９５３０号公報
【特許文献２】特開２００１−１３８０４３号公報
【特許文献３】特開１９９５−５２２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなサンドイッチパネルは、上述の通り優れた性能を示すものであるが、芯材と表面板材との接合は接着剤やろう付けで行うために、接着剤の塗布量むら、樹脂の硬化収縮や、加熱したときの温度分布、部材ごとの膨張係数の差に由来する熱応力などにより、サンドイッチパネル内にこれら接合方法に由来する応力が発生することになる。その結果、特にサンドイッチパネルの形状が曲面の場合、湾曲部の曲率のずれが生じやすく、大量に製品を製造した場合、全ての製品で最終的に固定する支持体との位置精度を確保するためには、接合の管理を厳しく行う必要がある。
【０００７】
特許文献１に開示されているようなアルミハニカムの芯材に表面材を接合したサンドイッチパネルにおいて、設計寸法に対して反りなどの変型が生じたパネルを、支持体上に締結することによって反りを戻す変型をさせた場合には、パネル自体に内部応力が発生して芯材と表面板との接合が破壊することがある。
【０００８】
特許文献２および３には、コルゲート構造を用いてサンドイッチパネルを作製することが提案されているが、コルゲートは異方性の材料で、強度の弱い方向には剛性が大きくないため、コルゲートの向きを変えて重ねたり、補強材を増やしたりする必要があり、空間確保や、軽量化の面で問題がある。また、表面板が異なる種類の材料の場合、膨張係数の差がより顕著になり反りは大きくなり、このような反りのあるサンドイッチパネルを支持体に取り付けるときに負荷がかかった状態になると、パネル内部の芯材とスキン材の接合箇所が、剥離させようとする力によって破壊されやすい状態になる。
【０００９】
特許文献３に開示されているサンドイッチパネルの第２コアとしてのコルゲート構造は、パネルの重量と製造費の低減のために用いられているものであり、サンドイッチパネルに適度な可撓性を与えることの課題も解決手段も開示されていない。多数の棒状体を互いに連結するシート状の連結部材は可撓性であるが、この可撓性は、製造途中での圧縮装置による湾曲工程で発揮されるだけで、完成後のパネルに方向性のある可撓性を与えるものではない。
【００１０】
従ってこの発明の目的は、内部応力の発生を抑制して信頼性が高く軽量な曲面サンドイッチパネルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の曲面サンドイッチパネルは、所定の一次曲面に沿って湾曲した板状のコアと、上記一次曲面に沿って湾曲して上記コアの両主面に接合された表面板とを備えた曲面サンドイッチパネルにおいて、上記コアが、上記コアの面内で上記コアの湾曲方向に並べて配置され、上記湾曲方向に実質的に剛体である少なくとも２つの第１芯材と、上記コアの面内で上記第１芯材の間に配置され、上記コアの上記湾曲方向に可撓性である第２芯材とを備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、軽量ながら信頼性の高い曲面サンドイッチパネルが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の曲面サンドイッチパネルの一実施の形態を模式的に示す概略斜視図である。
【図２】図１の曲面サンドイッチパネルの構造を模式的に示す概略側面図である。
【図３】図１の曲面サンドイッチパネルのハニカム構造を示す概略斜視図である。
【図４】図１の曲面サンドイッチパネルのコルゲート構造を示す概略斜視図である。
【図５】この発明の実施例１の曲面サンドイッチパネルの製造に用いる積層化台の概略斜視図である。
【図６】この発明の実施例１の曲面サンドイッチパネルを示す概略斜視図である。
【図７】この発明の実施例２の曲面サンドイッチパネルの矩形波形のコルゲート構造を示す概略斜視図である。
【図８】この発明の実施例３の曲面サンドイッチパネルの製造途中において表面板にコルゲート構造の第２芯材を接合した状態を示す概略斜視図である。
【図９】この発明の実施例３の曲面サンドイッチパネルの製造に用いる積層化台の概略斜視図である。
【図１０】この発明の実施例４の曲面サンドイッチパネルの製造途中において表面板にコルゲート構造の第２芯材を接合した状態を示す概略斜視図である。
【図１１】この発明の実施例４の曲面サンドイッチパネルの製造に用いる積層化台の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明をより詳細に説明するため、この発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化あるいは省略する。
【００１５】
実施の形態１．
図１〜６において、本発明の一実施の形態による曲面サンドイッチパネルは、所定の一次曲面に沿って湾曲した板状のコア１と、この一次曲面に沿って湾曲してコア１の両主面に接合された表面板２および３とを備えている。コア１は、全体として一次曲面に沿って湾曲したほぼ矩形の板部状であって、図１に矢印Ａで示す湾曲方向（すなわち切断面が湾曲線として現れる切断方向）においては湾曲しており、矢印Ｂで示す非湾曲方向（すなわち切断面が直線として現れる切断方向）においては湾曲しておらず、全体として円筒面状に湾曲している。表面板２および３は、コア１の一次曲面に沿って湾曲してコア１の両主面に結合されている。
【００１６】
この発明によれば、板状のコア１は、コア１の面内でコア１の湾曲方向Ａに互いに平行に離間して並べて配置され、湾曲方向Ａには僅かな可撓性だけしかなく実質的に剛体である少なくとも２つの第１芯材４と、コア１の面内で第１芯材４の間を充填するように配置され、コア１の湾曲方向Ａに可撓性である第２芯材５とを備えている。図示の例では、湾曲方向両端の非湾曲方向の縁に沿って第１芯材４が配置されるように、４つの長方形の第１芯材４と３つの長方形の第２芯材５とが、湾曲方向（矢印Ａ）に交互に並べられて配置されている。
【００１７】
図示の例では、第１芯材４がハニカム構造を持つものであり、第２芯材５が非湾曲方向に延びた丸みを帯びた山と谷とを持つ波形コルゲートのコルゲート構造を持つものであり、第１芯材４は面内のあらゆる方向にほぼ等しい強度あるいは剛性を持っているため等方的な芯材であると言え、第２芯材５は面内で方向によって強度あるいは剛性が相違しているため異方的な芯材であるとも言える。第１芯材４および第２芯材５のそれぞれは、表面板２および３に対して例えば接着剤および粘着テープなどの異なる接合材６によって接着されている。
【００１８】
この曲面サンドイッチパネルによれば、部分的に剛性が弱い可撓性のある補強材を積極的入れられたことと同等になり、そりが生じたパネルを設計寸法に戻しながら支持台に固定しても、可撓性のある補強材部分が微小変形することによりコア１と表面板２および３とが剥がれることが回避でき、信頼性に優れた軽量化パネルを得ることができる。また、曲面サンドイッチパネルに大きな力をかけなくても良いので、コア１と表面板２および３との接合箇所にかかるクリープ負荷が小さくなり、信頼性が向上する。また、後付けの補強材をつけるときも、異方向的な材料（コルゲート）の部分のみ選択的に補強すれば良く、重量増加が抑制される。さらに、表と裏の表面板の材質が異なり、熱応力が大きくなり、そりも大きくなる場合には、この効果は有用なものとなる。
【００１９】
適用先
この発明の曲面サンドイッチパネルは、軽量で強度を有する曲面部材が必要とされるところであればどこでも良いが、例えば鉄道車両、建材、船舶、自動車等の車両、航空宇宙分野等の用途において用いられ、特に、鉄道車両空調装置用のパネルとして用いるのに好適である。
【００２０】
表面板
表面板２および３の材質は、面板であれば特に限定はされないが、例えば、ステンレス合金、アルミ合金、めっき鋼板、ＺＡＭ鋼板、真鍮、などが挙げられる。面板は用途によっては、パンチングメタルのように穴が開いていても良い。表面板２および３として好適な例は、厚さ０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍのステンレス鋼板であり、外的要因による穴あき性や、軽量化の効果を考慮すると厚さは０．１〜０．３ｍｍであるのがより望ましい。
【００２１】
本発明は、同種の表面板材でも、接着剤の塗布むらや硬化収縮などの要因で積層体になったときにそりを生ずるので有効であるが、パネルの内外などの温度差や表面板の材質の熱膨張係数の差があるような表面板２および３の組み合わせを用いる場合に、発明の効果がより顕著になる。熱膨張係数差の生じる表面板の材質の一例として、ステンレスとアルミニウム合金の組み合わせなどが挙げられる。
【００２２】
第１芯材
本発明の等方的な第１芯材４として、ハニカム、オフセットコルゲート、発泡アルミニウムなどの材料などが挙げられる。特に、ハニカム構造が軽量化の点で有利であり、なかでもアルミハニカムが好適である。ハニカムは、セルの形状が三角形、四角形、六角形などいかなる形状でもよい。この発明で第１芯材４として使用できるハニカム構造の一例は、図３に示すような高さＨが６ｍｍ、六角形の１辺の長さＡが６ｍｍ、アルミニウム厚さＢが６０ミクロンであるアルミハニカムである。
【００２３】
第２芯材
第２芯材５としては、表面板をまげ加工して作製された、コルゲート形状をした部材が使用できる。コルゲートの形状は折り曲げた状態で波型コルゲート、矩形コルゲート。材質はアルミニウムもしくはステンレスが好適である。この発明の第２芯材５として使用できるコルゲート構造の一例は、図５に示すような厚み０．２ｍｍ、高さ６ｍｍ、ピッチ１０ｍｍの波型のアルミニウムコルゲートである。
【００２４】
接合材
第１芯材４および第２芯材５で構成されたコア１と表面板２および３とを接合する接合材６は、接着剤、粘着テープ、ロウ付けを使用できるが、製造上、接着剤を用いるのが望ましい。接合材６として接着剤を用いて接合する場合、表面板２および３とコア１とを接着する材料は、エポキシ系、アクリル系、フェノール系、ウレタン系、シリコーン系、シリコーン変性エポキシ他、オレフィン系、ポリエステル系、サンドイッチパネルとしたときに剛性を発現できるものではどのようなものでも良い。具体的には、加熱硬化の設備を必要としない、２液のエポキシ系接着剤、２液ウレタン系接着剤、２液のアクリル系接着剤が好適である。また、熱硬化樹脂に限らず、熱可塑性の材料で接着性を有する材料で結合しても良い。全体として、剛性を確保できる範囲で部分的に粘着テープを用いても良い。接着剤は１種類でも良いし、複数併用しても良い。
【００２５】
塗布方法としては、くし目ゴテなどのコテ類、ヘラ類、刷毛類、ロールコーターなどを使用して塗布する方法、或いは、ノズルを使用してビード状又は点状に塗布する方法、スプレー塗布する方法など公知の方法を用いることができる。本発明の接着剤の塗布量は、固形分１００質量％換算で８０〜１０００ｇ／ｍ2 、更には１３０〜６００ｇ／ｍ2 であることが好ましい。８０ｇ／ｍ2より少ないと、ハニカムと表面板が十分な接着が得られず、１０００ｇ／ｍ2を越えると、接着剤が多すぎて軽量化の効果が薄れてしまうからである。
【００２６】
第１芯材の接合
等方的な芯材である第１芯材４と表面板２および３とを接合する接合材６として接着剤を用いる場合には、−１０℃〜４０℃の範囲で、１Ｈｚにおける接着剤硬化後の貯蔵弾性率Ｅ’が１×１０８Ｐａ以上の接着剤を使うことが望ましい。１×１０８Ｐａ未満の接着剤であると、積層体としての剛性が十分でないからである。接合材６としての接着剤の弾性率の上限は剛性を示す限り制限は無いが接着剤を用いる場合通常、６×１０９Ｐａ以下である。６×１０９Ｐａより高い貯蔵弾性率を示す接着剤は接合材６としては硬く脆いため不適である。前述の２液エポキシ系接着剤、２液アクリル系接着剤を用いる場合、−１０℃〜４０℃において、貯蔵弾性率Ｅ’が０.３×１０９〜４×１０９Ｐａの範囲内であるものなどを用いることが好適である。
【００２７】
第２芯材の接合
異方的な芯材である第２芯材５と表面板２および３とを接合するため使う接合材６は、第１芯材４の接着に用いる接合材６と同等以下の貯蔵弾性率を示すものであれば良い。第１芯材４と第２芯材５とに対して同じ接着剤を用いても良いし、異なる接着剤を用いても良い。第１芯材４と第２芯材５とに対して異なる接合材６を用いる場合、第１芯材４には第２芯材５に用いる接合材６の弾性率よりも低い弾性率を示す接合材６を用いる必要がある。第２芯材５の上下面ともに、高い弾性率を示す接合材を用いる場合、第２芯材５の接合部分の剛性が第１芯材４の積層部の剛性を上回り、第２芯材５の材料の異方的な可撓性の特性が現れないことがあるためである。接合材の弾性率の下限は、接合可能なものであればどのようなものでも良いが、部分的に粘着テープを用いても良いので、材料の貯蔵弾性率としては−１０℃〜４０℃の範囲で１×１０4Ｐａ以上のものが望ましい。また、第２芯材５の下側と上側に用いる接合材６として異なる材料を使用しても良い。
【００２８】
芯材の配置と長さ
第２芯材５の配置箇所の数は、１曲面に対して２箇所以上が望ましい。１箇所だけであると曲面構造の中で弱い箇所が一箇所だけになり、力が集中して折れ曲がりが発生しやすい状態になるからである。曲げに弱い部分を２箇所以上にすることで、折れ曲がりを防止することができる。第２芯材５の配置箇所の数は、コルゲートのピッチが小さければ何箇所でも増やすことが可能であるが、製造上の作業性が悪くなるため１ｍあたりに対する第２芯材５の配置箇所の数としては１〜３０箇所が望ましい。異方的な材料である第２芯材５が配置されている面積のコア１全体に対する占積率は１％〜５０％が望ましく、３％〜３０％がより望ましい。５０％を超えると、第２芯材５の占める比率が高くなりすぎて構造上望ましくないからである。
【００２９】
第２芯材５の幅すなわち可撓性を示す湾曲方向Ａの寸法は、曲げたときに第２芯材が柔軟性を示す範囲の寸法であればよく、コルゲート構造の場合、ピッチの２倍以上が望ましい。ピッチは１ｍｍ〜１０ｍｍが望ましく、３〜６ｍｍがより望ましい。幅は５ｍｍ〜３００ｍｍが望ましく、１０〜１００ｍｍがより望ましい。
【００３０】
等方的な材料である第１芯材４と異方的な材料である第２芯材５との性質の関係は、異方的な材料のサンドイッチ部分が等方的な材料のサンドイッチ部分より剛性が弱い状態であれば良い。
【００３１】
この発明の曲面サンドイッチパネルは、様々な分野で曲面を有するサンドイッチパネルとして利用でき、特に、鉄道車両、建材、船舶、自動車等の車両、航空宇宙分野等の用途において用いられるのに適しており、さらには鉄道車両用の空調装置カバーあるいは駅ホームの防護柵などに適用できるものであるが、以下には、鉄道車両用の空調装置カバーに用いる場合の実施例を説明する。
【００３２】
実施例１
この発明の曲面サンドイッチパネルを車両空調装置のパネルとして製造するために、凸面の外側面となる第２の表面板３としてＳＵＳ３０４製で厚みが０．３ｍｍで１７５０ｍｍ×１７５０の大きさに調整したものを準備した。また内側面となる第１の表面板２としてＡｌ−５０５２−Ｈ３８材で厚みが０．３ｍｍで１７５０ｍｍ×１７５０ｍｍの大きさに調整したものを準備した。
【００３３】
これらの表面板２および３の片面に、接合材６として塗布時における粘度が３００００ｍＰａ・ｓで硬化後の−１０℃〜４０℃での貯蔵弾性率Ｅ’が２×１０9〜４×１０９Ｐａの範囲である室温硬化型の２液エポキシ接着剤を混合後に２００ｇ/ｍ２塗布した。塗布後に接着剤をくし目ごてで全面に広げた。
【００３４】
接合材６である接着剤を塗布した面を上にして第１の表面板２を図５に示す支持台７と同様の凸の円筒面である湾曲面を有する積層化用台に載せ、第１芯材４および第２芯材５を図６に破線で示されているような配置形状にした。すなわち、積層化台の曲面に従って湾曲した第１の表面板２の上に一方の非湾曲方向Ｂの直線状の縁に沿って、図３に示すような高さＨが６ｍｍ、六角形の１辺の長さＡが６ｍｍ、アルミニウム厚さＢが６０ミクロンであるアルミハニカムである第１芯材４を４５０×１７５０ｍｍの大きさにして敷き、その隣に図４に示すような厚みＴが０．２ｍｍ、高さＨ６ｍｍ、ピッチＰが１０ｍｍの円形波型のアルミニウムコルゲートである第２芯材５を２００×１７５０ｍｍの大きさにして敷いた。その隣に、同様に４５０×１７５０ｍｍの大きさの第１芯材４と２００×１７５０ｍｍの大きさの第２芯材５とを敷き、最後に、再び４５０×１７５０ｍｍの大きさの第１芯材４を他方の直線状の縁に沿って配置した。この後、ハニカムである第１芯材４とコルゲートである第２芯材５とが敷き詰められた上に第２の表面板３を接合材６が塗布された面を下にして乗せた。
【００３５】
その後、このようにして得られたコア１と表面板２および３との積層体を、２０００ｍｍ×２０００ｍｍの樹脂製のフィルム（図示してない）で覆い、フィルムと図５に示す支持体７と同様の凸の湾曲面を持つ積層化用台とを両面テープで接着し、真空引きして−０．０２ＭＰａの圧力になるようにして全体を３時間真空引きにより加圧した後、樹脂製フィルムを取りはずした。その後、２４時間室温で硬化させ、サンドイッチパネルを得た。
【００３６】
サンドイッチパネルの第２芯材５の表面に取付ネジ用の穴の開いたＳＵＳ３０４製の結合用部材８を２液アクリル系接着剤によって接着して図６に示すような曲面部材を完成させた。
【００３７】
実施例２
この実施例においては、コルゲート構造の第２芯材５が、図７に示すような厚みＴが０．１ｍｍ、高さＨが６ｍｍ、ピッチＰが３ｍｍの矩形波型のステンレス３０４製のコルゲートであること以外は実施例１で説明したものと同様である。サンドイッチパネルを得た後に、結合用部材８を２液アクリル系接着剤で接着し、図６に示すような曲面部材を得た。
【００３８】
実施例３
この実施例においては、空調機器カバーパネルの外側面となるように、完成した曲面サンドイッチパネルの凸の外表面を構成する第２の表面板３には実施例１および２と同様にＳＵＳ３０４で０厚さＴが０．３ｍｍで１７５０ｍｍ×１７５０ｍｍの大きさのものを用い、カバーパネルの内表面を構成する第１の表面板２にはＳＵＳ３０４製で厚みが第２の表面板３よりも薄い０．１ｍｍで１７５０ｍｍ×１７５０ｍｍの大きさのものを用いた。
【００３９】
図８に示すように、パネルの外側面となる第２の表面板３の非湾曲方向Ｂの直線状の両側縁から５００ｍｍの位置で両側縁に平行に、第２の芯材５として、厚み０．１ｍｍ、高さ５．８ｍｍ、ピッチ３ｍｍの矩型のステンレスコルゲートを、それぞれ３０×１７５０ｍｍの幅と長さで貼り付ける。この張り付けには、接合材６として基材が１２μｍのＰＥＴで、粘着剤がアクリル樹脂である０．２ｍｍの厚さを有する構造用両面粘着テープを用いた。粘着テープである接合材６の粘着剤成分のせん断弾性率Ｇ’は−１０℃〜４０℃で、６×１０６Ｐａ〜１．５×１０４Ｐａである。その後、表面板３上の第２の芯材５が貼り付けられていない箇所に塗布時の粘度が３００００ｍＰａ・ｓで硬化後の−１０℃〜４０℃での貯蔵弾性率Ｅ’が２×１０9〜４×１０９Ｐａの範囲である室温硬化型の２液エポキシ接着剤を混合後に２５０ｇ/ｍ２塗布し、くし目ごてでその全面に接着剤が広がるようにした。
【００４０】
次に、第２の芯材５が粘着テープである接合材６で貼り付けられ、それ以外の部分には接着剤が塗布されている図８の表面板３を、第２の芯材５を上にして図９に示す凹の円筒面である曲面を有する積層化用９に載せ、接着剤の塗布されている部分に、高さＨが６ｍｍ、六角形の１辺の長さＡが６ｍｍ、アルミニウム厚さＢが６０ミクロンであるアルミハニカムである第１の芯材４を図で下方に凸に湾曲させて載せた。アルミハニカムを敷いた後、接着剤が塗布されて外側面となる表面板２をその上側から載せた。
【００４１】
その後、真空引きによる全体の加圧、接着剤の硬化を経てサンドイッチパネルを得、その後に、結合用部材８を２液アクリル系接着剤で接着し、図６に示すような曲面部材を得た。
【００４２】
実施例４
図１０に示す実施例においては、カバーパネルの外側の表面を構成する凸に湾曲した第２の表面板３としてＳＵＳ３０４で金属厚みが０．３ｍｍで１７５０ｍｍ×１７５０ｍｍの大きさに調整したものを準備した。またカバーパネルの内側の表面を構成する第１の表面板２としてＳＵＳ３０４で金属厚みが０．１ｍｍで厚みが１７５０ｍｍ×１７５０ｍｍの大きさに調整したものを準備した。
【００４３】
第１の表面板２には全体に、塗布時の粘度が３００００ｍＰａ・ｓで硬化後の−１０℃〜４０℃での貯蔵弾性率Ｅ’が２×１０９〜４×１０9Ｐａの範囲である、室温硬化型の２液エポキシ接着剤を混合したものを１５０ｇ/ｍ２塗布し、くし目ごてで広げ全面に接着剤が広がるようにしておいた。
【００４４】
図１０に示すように、第１の表面板２の両端から５００ｍｍの位置に、厚みＴが０．１ｍｍ、高さＨが６ｍｍ、ピッチＰが３ｍｍの矩型のステンレスコルゲートをそれぞれ３０×１７５０ｍｍになるようにして接着剤である接合材６によって貼り付けた。接合材６としての接着剤は、２液型のエポキシ変性シリコーン接着剤で、塗布時の粘度が１７０００ｍＰａ・ｓ、硬化後の貯蔵弾性率Ｅ’が−１０〜４０℃の範囲で０．１×１０９〜０．０２×１０９Ｐａ範囲内であるものを用いた。この接合材６を表面板２のコルゲートを貼り付けていない箇所に塗布し、くし目ごてで広げ全面に接着剤が広がるようにした。その後、図１１に示すような曲面を有する積層化用台１０に載せ、接着剤の塗布されている箇所に、高さ６ｍｍ、六角形の１辺が６ｍｍ、アルミニウム厚さが２００ミクロンであるアルミハニカムの第１芯材４を敷いた。第１芯材４を敷いた後、接着剤を塗布した第２の表面板３をその上側から載せ、真空引きによる全体の加圧、接着剤の硬化を経て、サンドイッチパネルを得た。結合用部材８を２液アクリル接着剤でサンドイッチパネルに接着することで図６の曲面部材を得た。
【００４５】
実施例５
実施例１における、２液エポキシ系接着剤の替わりに、２液型アクリル系接着剤を用いた。２液アクリル系接着剤の片方（Ａ剤）には、接着剤のアクリルモノマーなどの主成分の他にクメンハイドロパーオキサイドが反応剤として含まれており、もう一方（Ｂ剤）には、接着剤のアクリルモノマーなどの主成分の他に、バナジルアセチルアセテートが反応剤として含有されているものを用いた。塗布時の２液アクリル系接着剤の粘度は２５０００ｍＰａ・ｓであり硬化後の貯蔵弾性率は、−１０〜４０℃の範囲で０．３×１０９〜２．５×１０９Ｐａ内であるものを用いた。
【００４６】
コアを接着するための接着剤を２液エポキシ系の接着剤を上記の２液アクリル系の接着剤に変えた以外は、全て実施例１と同じ構成、方法で曲面パネルを作製した。サンドイッチパネルを得た後に、結合用部材８を２液アクリル系接着剤で接着し、図６に示すような曲面部材を得た。
【００４７】
実施例６
用いる接着剤が実施例５に記載の２液アクリル系接着剤を用いること以外は、実施例２と同じ構成でサンドイッチパネルを作製した。サンドイッチパネルを得た後に、結合用部材８を２液アクリル系接着剤で接着し、図６に示すような曲面部材を得た。
【００４８】
実施例７
実施例３に用いられている２液エポキシ系接着剤の替わりに、実施例５に記載の２液アクリル系接着剤を用いてサンドイッチパネルを作製した。サンドイッチパネルを得た後に、結合用部材８を２液アクリル系接着剤で接着し、図６に示すような曲面部材を得た。
【００４９】
本発明の曲面サンドイッチパネルと従来の曲面サンドイッチパネルとを、コア１と表面板２および３との間の接合材６の剥がれについて比較評価するために、従来技術による曲面サンドイッチパネルを比較例として作製した。
【００５０】
比較例１
先ず実施例１と同様に、曲面サンドイッチパネルの凸面の外側面となる第２の表面板３としてＳＵＳ３０４製で厚みが０．３ｍｍで１７５０ｍｍ×１７５０の大きさに調整したものを準備した。また内側面となる第１の表面板２としてＡｌ−５０５２−Ｈ３８材で厚みが０．３ｍｍで１７５０ｍｍ×１７５０ｍｍの大きさに調整したものを準備した。
【００５１】
これらの表面板２および３の片面に、接合材６として塗布時における粘度が３００００ｍＰａ・ｓで硬化後の−１０℃〜４０℃での貯蔵弾性率Ｅ’が２×１０9〜４×１０9Ｐａである室温硬化型の２液エポキシ接着剤を２５０ｇ/ｍ２塗布した。塗布後に接着剤をくし目ごてで全面に広げた。
【００５２】
接合材６としての接着剤を塗布した第２の表面板３を図９に示すような凹の曲面を有する積層化台９に載せ、その上にコアとして、図３に示すものと同様の、高さＨが６ｍｍ、六角形セルの１辺の長さＡが６ｍｍ、アルミニウムの厚さＴが６０ミクロンであるアルミハニカムを、１７５０×１７５０ｍｍの大きさにして全面に敷いた。その後、第１の表面板２をコアの上に乗せた。
【００５３】
その後、実施例１と同様に真空引きにより加圧し、室温で２４時間で硬化させ曲面サンドイッチパネルを得た。サンドイッチパネルを得た後に、結合用部材８を２液アクリル系接着剤で接着し、図６に示すような曲面部材を得た。
【００５４】
比較例２
上の比較例１と同様だが、コアとしてアルミハニカムに換えて、厚さＴが０．２ｍｍ、高さＨが６ｍｍ、ピッチＰが１０ｍｍの円形波型のアルミニウムコルゲートを１７５０×１７５０ｍｍの寸法として用いて曲面サンドイッチパネルを製造した。この曲面サンドイッチパネルは、このままでは、支持体に取り付けるにあたりたわみが大き過ぎるため、ステンレスの補強部材１７５０ｍｍ×１ｍｍのＬ字補強材（幅長さ計６０ｍｍ）を、５本、サンドイッチパネルの内側のアルミニウムの第１の表面板２に接着して、たわみを抑制した。この結果、重量が約４ｋｇ増加した。
【００５５】
比較例３
実施例１における、２液エポキシ系接着剤の替わりに、２液型アクリル系接着剤を用いた。２液アクリル系接着剤の片方（Ａ剤）には、アクリルモノマーなどの主成分の他にクメンハイドロパーオキサイドが反応剤として含まれており、もう一方（Ｂ剤）には、アクリルモノマーなどの主成分の他に２-イミダゾリンチオンが反応剤として含有されているものを用いた。塗布時の２液アクリル系接着剤の粘度は２５０００ｍＰａ・ｓであり硬化後の貯蔵弾性率は、−１０〜４０℃の範囲で０．２×１０９〜２×１０９Ｐａ内であるものを用いた。
【００５６】
２液エポキシ系の接着剤を上記の２液アクリル系の接着剤に変えた以外は、全て実施例１と同じ構成、方法で曲面サンドイッチパネルの作製を試みた。全体を３時間真空引きにより加圧した後、樹脂製フィルムを取りはずした。その後、２４時間室温で硬化させたが。接着剤は部分的にしか固まっておらず、ハニカムが接着剥がれを起こす箇所が多く認められ、サンドイッチパネルを得ることができなかった。
【００５７】
比較例４
パネル外側の第２の表面板として、厚さ０．８ｍｍでのステンレスＳＵＳ３０４板を１７５０ｍｍ×１７５０ｍｍとしたものを用いてＲ曲げ加工を施した。これに、厚さ０．８ｍｍのステンレス板を１０×３０×１０ｍｍのコの字状にした長さ１７５０ｍｍの補強材を曲げ加工したものを５本、溶接で固定したＳＵＳ３０４製の結合用部材８を溶接で接合して曲面部材を製造した。
【００５８】
曲面パネルの評価
上述の実施例１〜７と、比較例１〜４で得られた曲面サンドイッチパネルを図５に示すような支持体７にねじで締結した後、締結を取り外し、コア１と表面板２および３との接合状態を確認した。その結果を次に示す。
【００５９】
試 料 重量（ｋｇ） コアと表面板の接合剥がれ 評 価
実施例１ １７ 剥がれ無し ○
実施例２ １７ 剥がれ無し ○
実施例３ １７．５ 剥がれ無し ○
実施例４ １７．５ 剥がれ無し ○
実施例５ １７ 剥がれ無し ○
実施例６ １７ 剥がれ無し ○
実施例７ １７．５ 剥がれ無し ○
比較例１ １７ ハニカムの接着剥がれ有り ×
比較例２ ２１ 剥がれ無し ×
比較例３ １７ ハニカムの接着剥がれ多数 ×
比較例４ ２３ 溶接構造のため剥がれ無し ×
【００６０】
本発明による実施例１〜７を用いることで、いずれの部材でも、コア１と表面板２および３とが安定して接合された曲面サンドイッチパネルが得られることを確認した。この部材は、車両空調装置のカバーとして寄与することができる。
【００６１】
以上のように、この発明の曲面サンドイッチパネルによれば、コルゲート構造体などの部分的に剛性が弱い可撓性のある補強材を積極的に入れることで、そりが生じたパネルを設計寸法に戻しながら支持台に固定しても、部分的に弱い補強材部分が微小変形しコアとスキンとの間が剥がれることを回避でき、曲面サンドイッチパネルの信頼性を高め、軽量化することができる。
【００６２】
また、この発明の曲面サンドイッチパネルにおいては、パネルに大きな力をかけなくても良いので、コアとスキン材との間の接着箇所でのクリープ負荷は小さくなり、信頼性が向上する。また、後付けの補強材をつけるときも、異方向的な材料（コルゲート）の部分のみ選択的に補強すれば良く、重量増加が抑制される。また、表と裏の表面板が異なっていて、熱応力が大きくなり、そりも大きくなる場合には、その効果は特に大きくなる。
【００６３】
以上に図示して説明した曲面サンドイッチパネルは単なる例であって様々な変形が可能であり、またそれぞれの具体例の特徴を全てあるいは選択的に組み合わせて用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
この発明は曲面サンドイッチパネルとして利用できるものである。
【符号の説明】
【００６５】
１ コア、２ 表面板（第１の表面板）、３ 表面板（第２の表面板）、４ 第１芯材、５ 第２芯材、６ 接合材、７ 支持体、８ 結合用部材、９ 積層化用台、１０ 積層化用台。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の一次曲面に沿って湾曲した板状のコアと、
上記一次曲面に沿って湾曲して上記コアの両主面に接合された表面板とを備えた曲面サンドイッチパネルにおいて、
上記コアが、上記コアの面内で上記コアの湾曲方向に並べて配置され、上記湾曲方向に実質的に剛体である少なくとも２つの第１芯材と、上記コアの面内で上記第１芯材の間に配置され、上記コアの上記湾曲方向に可撓性である第２芯材とを備えていることを特徴とする曲面サンドイッチパネル。
【請求項２】
上記第２芯材がコルゲート構造を持つことを特徴とする請求項１に記載の曲面サンドイッチパネル。
【請求項３】
コルゲートが矩形であることを特徴とする請求項１に記載の曲面サンドイッチパネル。
【請求項４】
コルゲートが波形であることを特徴とする請求項１に記載の曲面サンドイッチパネル。
【請求項５】
上記第１芯材がハニカム構造を持つことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の曲面サンドイッチパネル。
【請求項６】
上記第１芯材および上記第２芯材が上記表面板に対して異なる接合材によって接合されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の曲面サンドイッチパネル。
【請求項１】
所定の一次曲面に沿って湾曲した板状のコアと、
上記一次曲面に沿って湾曲して上記コアの両主面に接合された表面板とを備えた曲面サンドイッチパネルにおいて、
上記コアが、上記コアの面内で上記コアの湾曲方向に並べて配置され、上記湾曲方向に実質的に剛体である少なくとも２つの第１芯材と、上記コアの面内で上記第１芯材の間に配置され、上記コアの上記湾曲方向に可撓性である第２芯材とを備えていることを特徴とする曲面サンドイッチパネル。
【請求項２】
上記第２芯材がコルゲート構造を持つことを特徴とする請求項１に記載の曲面サンドイッチパネル。
【請求項３】
コルゲートが矩形であることを特徴とする請求項１に記載の曲面サンドイッチパネル。
【請求項４】
コルゲートが波形であることを特徴とする請求項１に記載の曲面サンドイッチパネル。
【請求項５】
上記第１芯材がハニカム構造を持つことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の曲面サンドイッチパネル。
【請求項６】
上記第１芯材および上記第２芯材が上記表面板に対して異なる接合材によって接合されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の曲面サンドイッチパネル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２１８６７７（Ｐ２０１１−２１８６７７Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９０７４３（Ｐ２０１０−９０７４３）
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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