(57)【要約】【課題】サンドイッチ構造を有する構造部材に関するものであり、たとえば補強鋼板に取って代わるために荷重支持用途に使用することのできる部材を提供する。【解決手段】複合構造積層板は、たとえば鋼などの金属からなる２つの外側層と、たとえば発泡されていないポリウレタンなどのエラストマーからなる中間コア部とを含む。このエラストマーには、約２５０メガパスカル（ＭＰａ）よりも大きい弾性率と、少なくとも２０ＭＰａの引張および圧縮強さとが備わっている。金属とエラストマーとの間の結合強さは少なくとも３ＭＰａである。この複合構造積層部材は、荷重を受けると、単一部材として作用し、広範囲に、非対称でなく曲がる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１内面および第１外面を有する第１金属層と、
第２内面および第２外面を有するとともに、前記第１金属層から離間している第２金属層と、
前記第１内面および前記第２内面の間に配置されかつこれらの内面に付着したエラストマーからなる中間層とを含み、
前記エラストマーが、約２５０ＭＰａよりも大きいかあるいはそれに等しい弾性率Ｅと、金属層の延性を超える延性とを有する構造積層部材。
【請求項２】
前記エラストマーが、約２７５ＭＰａよりも大きいかあるいはそれに等しい弾性率を有する請求項１に記載の構造積層部材。
【請求項３】
前記エラストマーが、少なくとも２０ＭＰａの引張および圧縮強さを有する請求項１または２に記載の構造積層部材。
【請求項４】
前記エラストマーが、緻密なものである請求項１から３のいずれか一項に記載の構造積層部材。
【請求項５】
中間層における全空隙空間が、その中間層の全体積の約２０％よりも少ないものである請求項４に記載の構造積層部材。
【請求項６】
前記エラストマーが、ポリウレタンである請求項１から５のいずれか一項に記載の構造積層部材。
【請求項７】
前記中間層が、約２０〜約１００ｍｍの範囲の厚さを有する請求項１から６のいずれか一項に記載の構造積層部材。
【請求項８】
前記第１および第２金属層の少なくとも１つが、鋼から形成されている請求項１から７のいずれか一項に記載の構造積層部材。
【請求項９】
前記第１および第２金属層のそれぞれが、約３．５〜約２５ｍｍの範囲の厚さを有する請求項１から８のいずれか一項に記載の構造積層部材。
【請求項１０】
中間層の厚さに対する第１および第２金属層の合計厚さの比が、０．１〜２．５の範囲にある請求項１から９のいずれか一項に記載の構造積層部材。
【請求項１１】
実質的に添付図面を参照して本文中に記載されたように構成された構造積層部材。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の構造積層部材を少なくとも１つ含んでいる小型船あるいは大型船。
【請求項１３】
第１および第２金属層を、コア空洞がそれらの間に画定されるように、離間関係にするステップと、
コア空洞に、硬化したときに約２５０ＭＰａよりも大きいかあるいはそれに等しい弾性率Ｅとそれらの金属層の延性を超える延性とを有する未硬化のエラストマーを充填するステップと、
前記エラストマーをこれが前記金属層に付着するように硬化させるステップと
を含む構造積層部材の製造方法。
【請求項１４】
前記充填ステップは、硬化後の空隙空間の割合が２０％よりも小さくなるように、空気混入を最小限に抑えるように実行される請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記充填ステップに先立って、前記空洞に少なくとも１つの通気穴を設けるステップをさらに備える請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記硬化ステップの後に、前記通気穴を密封するステップをさらに備える請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記充填ステップおよび前記硬化ステップの間に前記第１および第２金属層の間隔を維持するために、スペーサーを設けるステップをさらに備える請求項１３から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記スペーサーは、前記中間エラストマー層が少なくとも１つの縁で第１および第２金属層からへこんで溶接代がもたらされるように、その空洞の側縁を画定すべく設けられている請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
第１および第２金属層と第１エラストマーで形成された中間層とを含む構造積層部材を、他の部材に接合する方法であって、
前記構造積層部材の一部に隣接しており、それによって前記中間層が前記第１および第２層からへこんでいる溶接代を設けるステップと、
前記一部を前記他の部材に溶接するステップと、
前記溶接代に未硬化の第２エラストマーを充填するステップと、
前記未硬化の第２エラストマーを、前記第１および第２金属層と中間層とに結合するように硬化させるステップと
を含む構造積層部材の接続方法。
【請求項２０】
前記一部が、縁部である請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記溶接代を設けるステップが、前記構造積層部材の製造の際に行われる請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記溶接代を設けるステップが、前記一部に隣接する前記中間層の一部分を、たとえばえぐり出しあるいはハイドロブラストによって取り除くことからなる請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記他の部材が、第１および第２金属層とエラストマーからなる中間層とを含む構造積層部材である請求項１９から２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１および第２エラストマーが、同じものである請求項１９から２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記充填ステップが、前記第１もしくは第２金属層または前記中間層を前記溶接代まで貫通する少なくとも１つの充填穴を設けることと、その充填穴あるいは各充填穴を通して前記溶接代へ前記未硬化の第２エラストマーを供給することとからなり、かつ、前記方法が、前記硬化ステップの後にその充填穴あるいは各充填穴を密封するステップをさらに備える請求項１９から２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記密封ステップが、前記金属層と互換可能な電流特性を有する栓でその穴あるいはそれぞれの穴を密封することからなる請求項１６または２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記溶接代が、少なくとも約７５ｍｍの幅を有する請求項１８または１９あるいはこの従属項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
実質的に添付図面を参照して本文中に記載されたように構造積層部材を作る方法。
【請求項２９】
実質的に添付図面を参照して本文中に記載されたように構造積層部材を他の部材に接合する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンドイッチ構造を有する構造部材に関するものであり、さらに詳しくは、たとえば補強鋼板に取って代わるために荷重支持用途に使用することのできる部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船体（船郭）あるいは船橋楼甲板などの用途では、メインプレートに垂直に溶接された鋼製の桁（ガーダ）をさらに備えている細長い補強材を設けることで、鋼板の剛性を増大させることが知られてきた。この補強材は、そのプレートによって生じる力に応じて一方向あるいは直交する二方向へ延びることができる。補強材を使用すると、製造工程が複雑になり、重量がかなり増え、防蝕と完全構造の維持とがいっそう困難になる。
【０００３】
１９８５年に発行されたＳＮＡＭＥの会報の第９３巻第５５〜７７ページにおける「信頼性分析による新規な単一指向性桁システム製品石油運搬船の強度判定」（“Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎｏｖｅｌ  Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ−Ｇｉｒｄｅｒ−Ｓｙｓｔｅｍ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  Ｏｉｌ  Ｃａｒｒｉｅｒ  ｂｙ  Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ  Ａｎａｌｙｓｉｓ”）には、船体における補強材の備えによる欠点をその補強材を一方向だけに備えることで減らそうとする試みが記載されている。この記載によれば、船の製造および保守にある程度までは役に立つが、この記載には、補強材を備えることによる他の欠点についての検討がない。
【０００４】
遮音性あるいは断熱性が改善された金属−プラスチック積層板は、建物を被覆しあるいはその屋根を葺く際に使用するものとして知られている。たとえば、米国特許第４，６９８，２７８号を参照のこと。このような積層板は、一般に発泡（フォーム）材料あるいは繊維材料を用いており、また、かなり大きい荷重、すなわち自重や局部的な風あるいは雪の作用による、小荷重よりもかなり大きい荷重に耐えることを意図しておらず、あるいはそのような荷重に耐えることができない。
【０００５】
米国特許第４，８５１，２７１号には、遮音特性をもたらすために、油受けを裏打ち（裏張り）する金属−プラスチック積層板の使用について開示されている。このような容器の用途では、その積層板は全体として、自重および容器中身の重量よりもかなり大きい荷重に耐えることはないであろう。また、この裏打ち層は、その積層板の構造強度にそれほど大きく寄与するものではない。
【０００６】
米国特許第５，２１９，６２９号には、貨物トレーラーの車体の構造におけるさまざまなコア材料の備わったアルミニウム製サンドイッチ体の使用について開示されている。しかしながら、このアルミニウム層はあまりにも薄く、またそのコア材料は、いっそう大きい構造におけるかなりの荷重に耐えるほど、充分には強くない。
【０００７】
カナダのオタワにあるカールトン大学（Ｃａｒｌｅｔｏｎ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）における工学修士の一部履修で提出されたＪｏｓｅｆ  Ｌｉｎｄｅｒによる論文「進歩した二重船体のサンドイッチ板システムの特性：実験的研究」（“Ｂｅｈａｖｉｏｕｒ  ｏｆ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｈｕｌｌ  Ｓａｎｄｗｉｃｈ  Ｐｌａｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ：Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ”）では、船構造のために、鋼−ポリウレタンフォーム−鋼のサンドイッチ体の使用が考慮されたが、そのサンドイッチ体には、充分な曲げ強さおよび結合強さも充分なエネルギー吸収も備わっていないことが結論であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明によれば、
第１内面および第１外面を有する第１金属層と、
第２内面および第２外面を有するとともに、前記第１金属層から離間している第２金属層と、
前記第１内面および前記第２内面の間に配置されかつこれらの内面に付着したエラストマーからなる中間層とを含み、前記エラストマーが、約２５０メガパスカル（ＭＰａ）よりも大きいかあるいはそれに等しい弾性率Ｅと、それらの金属層の延性を超える延性とを有する構造積層部材が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の必須要件は、この積層板が、荷重を受けたときに３つの個々の構成要素としてではなく単一部材として作用（機能）することであり、また、その中間層の機械的性質と外面への結合力とがそれに影響を及ぼすように選ぶ必要がある。それゆえ、中間層には、２つの金属層の間で使用する際に認められるかあるいは予想される横向きの（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ）力を伝達することのできる充分な弾性率と延性とが必要である。剪断力を伝達するために充分な結合強さがあることもまた望ましい。
【００１０】
たとえば造船などの、衝撃に耐える性能が重要である用途では、この中間層には、設計された衝撃荷重を受けたときに破断しないように充分な降伏強さ（耐力）があることもさらに必要である。極度の荷重を受けると、この部材は、匹敵する単一の板金（シートメタル）部材よりも大きいエネルギーを、歪みの散逸、増大した穿刺抵抗（耐性）、およびその部材全体としての非弾性膜動作を介して吸収する。
【００１１】
２つの金属層と中間層との相対強度および比率、とりわけ中間層の剛性は、この部材が、極度のホギングおよびサギング荷重を受けたときに、反対称的にあるいは局部的にではなく広範囲に（全体として）曲がるように、選ばれるのが好ましい。
【００１２】
中間層にはまた、１つの金属層における亀裂（クラック）の先端における応力集中が他方に伝達する際、その亀裂が層の間に伝わるのを防止するように、その応力集中を拡散するに足る延性と弾性率とが備わっているのが好ましい。中間層にはさらに、その亀裂ができ始める層におけるその亀裂の広がりを遅らせる効果が備わっている。
【００１３】
これらの金属層は、鋼から作られかつそれぞれの厚さが３．５〜２５ｍｍの範囲にあるのが好ましい。この最小の厚さは、効果的に突合せ溶接をすることのできる最も薄いシートの厚さであり、強度のために必要とされる厚さである。その上限では、本発明の利点は減少する。これら２つの金属層は同じ厚さである必要はない。特に、使用時に腐食環境に臨むであろう側面には犠牲的過剰厚さ部を設けることができる。
【００１４】
プラスチック材料は、使用時に予想される荷重でエラストマーとして機能するものであるのが好ましく、また、２０〜１００ｍｍの範囲の厚さがあるのが好ましい。中間層の厚さは、いくつかの用途では、部材を横切って変化してもよい。その材料は、この複合体の所望の性質が変わらない限り、意図したものであるかあるいは用いられた製造方法の副次的作用によるものであるかを問わず、いくつかの空隙空間があってもよいが、緻密なもの、すなわち発泡していないものであるのが好ましい。中間層における最大許容空隙空間の割合は１０〜２０％であると考えられる。
【００１５】
たとえば船などの複合構造物に本発明を使用すると、補強材のいくつかのあるいはすべての必要性を排除し、縦方向および横方向の桁の間隔をなくすか増やし、被覆に必要な表面積を減らし、そして、腐食されやすい部位を減らすことで、複雑さ、重量およびコストを減らすことが可能になる。
【００１６】
本発明の模範的な実施形態は、添付図面を参照して以下に説明される。
【００１７】
これらの図面において、類似した部品は類似した数字で区別されている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る積層部材の断面図である。
【図２】スペーサーを含む、本発明に係る積層部材の一部切欠斜視図である。
【図３】本発明の積層部材を用いて構成された二重船体船の部分断面図である。
【図４】平面内荷重を受けている、本発明に係る積層部材の軸方向縮みを示すグラフである。
【図５】本発明に係るプレートが組み込まれている試験試料の斜視図である。
【図６】横向き荷重を受けているその試験試料の作用を例示するグラフである。
【図７】本発明に係る積層部材を用いて構成されたコンテナ船のためのハッチカバーの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明に係る積層部材１０の断面図である。積層部材１０は、第１外側層１と、中間層あるいはコア層２と、第２外側層３とを含む。中間層２は、自重よりもかなり大きい荷重に耐えることのできる複合構造部材を形成するように、これらの外側層の間に剪断荷重を伝達するに足る強度で、第１および第２外側層１、３のそれぞれに結合されている。
【００２０】
この積層部材によって生じる正確な荷重は、その積層部材が配置される用途によって決まる。たとえば、その積層部材が４０，０００積載重量トン（ＤＷＴ）の石油タンカーにおける船体板として用いられると、その積層部材は、２ｍ幅について少なくとも１０〜１２，０００キロニュートン（ｋＮ）の面内荷重に曲がることなく耐えることができ、あるいは、少なくとも１００キロパスカル（ｋＰａ）、好ましくは、１，０００ｋＰａ以上の横向き荷重に破断することなく耐えることができる。より小さい船、とりわけヨットについては、この積層部材はそれほど強いものである必要はない。
【００２１】
図４には、本発明に係る２，０００ｍｍ幅の積層複合船体板についての代表的な軸方向縮小あるいは縮み（ｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇ）荷重曲線が示されている。この図には、１２，０７５ｋＮまでの荷重についてはほぼ直線状の縮みが示されている。
【００２２】
第１および第２層１、３は金属から作られ、中間層２はプラスチックあるいはエラストマー材料から作られている。この部材の絶対寸法および相対寸法や使われた正確な材料は、この部材が配置される用途によって決まる。最小限では、第１および第２外側層には３ｍｍの厚さがあり、中間層には２０ｍｍの厚さがある。中間層には、この部材が使われる環境における最大予想温度で、少なくとも２５０メガパスカル（ＭＰａ）の、好ましくは２７５ＭＰａの弾性率Ｅがあることも必要である。造船の用途では、この予想温度は１００℃であろう。エラストマーは、造船の用途では−４０℃あるいは−４５℃である最小予想温度においてＥが２，５００ＭＰａよりも小さくなるように、あまりに堅いものであってもいけない。
【００２３】
伸びだけでなく、引裂強さ、圧縮強さおよび引張強さは、衝撃などの異常荷重の生じたときに、この複合積層板がエネルギーを吸収することができるように、最大にすべきである。とりわけ、このエラストマーの圧縮強さおよび引張強さは、少なくとも２０ＭＰａ、そして好ましくは４０ＭＰａであるべきである。もちろん、これらの圧縮強さはそれらの最小値よりもかなり大きくすることができる。
【００２４】
金属層は、軽量性、耐食性、あるいは他の固有の性質が必須である特定用途においては、アルミニウムステンレス鋼あるいは他の構造用合金からなるものであってもよいが、構造用鋼からなるものであるのが好ましい。この金属には、２４０ＭＰａの降伏強さと少なくとも２０％の伸びとが備わっているのが好ましい。多くの用途、特に造船の用途については、この金属が溶接可能なものであることは必須である。
【００２５】
このエラストマーの最低作用温度での延性は金属層のそれよりも約２０％大きいことが必要である。このエラストマーの最低作用温度での延性についての好ましい値は５０％である。このエラストマーの熱膨張率もまた、予想作用温度範囲にわたる温度の変化によって、また溶接の際に離層が起きないように、鋼の熱膨張率に充分に近いものでなければならない。２つの材料の熱膨張率が異なってもよい限度はそのエラストマーの弾性に一部左右されるが、そのエラストマーの熱膨張率はその金属層の熱膨張率の約１０倍であってもよいと考えられる。この熱膨張率は増量剤をエラストマーに添加することで調節することができる。
【００２６】
このエラストマーと金属層との結合強さは、作用範囲全体にわたって、少なくとも３ＭＰａ、好ましくは６ＭＰａであることが必要である。この結合強さは、鋼へのエラストマーの固有付着力によって達成されるのが好ましいが、接着剤を添加することによってもたらすようにしてもよい。
【００２７】
この部材が造船の用途に使われる際の追加要件には、その境界面にわたる引張強さが、予想された負の静水圧および鋼との結合からの離層力に耐えることのできる大きさのものでなければならない、ということが含まれる。このエラストマーは、海水および淡水の双方による加水分解に対して安定なものでなければならず、また、この部材が石油タンカーに使われるときには、石油に対する耐薬品性のあるものでなければならない。
【００２８】
それゆえ、このエラストマーには、イソシアネートあるいはジイソシアネートを伴ったポリオール（たとえばポリエステルあるいはポリエーテル）、連鎖展延剤および増量（充填）剤が備わっていることが必須である。増量剤は、中間層の熱膨張率を減少させ、そのコストを引き下げ、さもなければこのエラストマーの物理的性質を調整するために、供給される。さらに、疎水性あるいは付着性を調整するための添加剤および難燃剤もまた、含まれていてもよい。
【００２９】
エラストマーの厚さに対する外側層の合計厚さの比（Ｔ１＋Ｔ３）／Ｔ２は、０．１〜２．５の範囲にある。
【００３０】
この積層板を組み立てる前か後に、金属層の外面には、化粧を施すためあるいは耐食性を求めるための被覆を施してもよい。
【００３１】
本発明の部材は、同じ厚さであって中間層のない部材よりも実質的に強くて堅い。その理由は、この部材が、ウェブ板の機能を達成する中間層のある箱桁あるいはＩ型梁と同じように作用するからである。中間層自体がそのように機能するために、外側層への結合力は、この部材の使用時に発生する力を伝達するに足るほど強いものでなければならない。
【００３２】
本発明のそれ以上の利点、とりわけ造船における有利点は、内側層と外側層との間に亀裂が広がるのを中間層が防止するように作用することである。中間層の弾性によって、一方の外側層における亀裂の先端での応力集中が、剛結合である他方の外側層へ伝わることを防止し、代わりに荷重は拡散される。
【００３３】
図３には、本発明の構造積層部材を利用するように設計された石油タンカー３０の船体が部分断面図で示されている。この船の外側船体３１および内側船体３２は、鋼からなる１０ｍｍの外側層とポリウレタンからなる５０ｍｍのエラストマーコアとを有する、本発明に係る積層構造部材から構成されている。２つの船体は、ガンネル区域とビルジ区域とにおける付加的な縦鋼板３８とともに、鋼板製の単純な縦桁３３と、二重壁構造の横隔壁３６での横ウェブ板３５とによって、互いに連結されている。これら双方の船体のための縦補強材あるいは横補強材の必要性は排除されている。
【００３４】
二重壁構造の横隔壁３６、甲板および甲板下縦桁３７もまた、本発明に係る積層構造部材から構成されている。この構造部材ではそれ以上の補強材は排除されている。甲板下縦桁３７は横桁で置き換えてもよい。
【００３５】
本発明に係る積層部材の好ましい組立方法は、これら２つの金属層によって形成された空洞の中に直接エラストマーを流し込む（ｃａｓｔ）かまたは射出あるいは注入（ｉｎｊｅｃｔ）することである。これが水平に行われるときには、これらの金属板は、金属製あるいはエラストマー製であってもよいスペーサーによって離れた状態に保持されているのが好ましい。これらのスペーサーがエラストマー製である場合には、これらのスペーサーは、それらが上側板の重量下で圧縮されて正確な間隔になるように、その中間層の大部分を形成しかつ高さが所望の間隔よりもわずかに高い材料と適合するものでなければならない。これらのスペーサーは、その空洞を、別々に充填される空間か簡単に塞ぐことのできる空間に分割するために、細長いものであってもよく、その周りをエラストマーが流れる。スペーサーが細長いものであるときには、これらのスペーサーは、断面を長方形あるいは台形にすることができ、エラストマーの厚さを変えることのできる部材を設けるために、それらの長さに沿ってスペーサー高さを変化させることができる。これらのスペーサーは、注入過程の際にそのエラストマーが充分に硬化するまで定位置に保持されるに足る強さの備わった結合剤あるいはエラストマー適合合成物で、それらの鋼板に結合されていなければならない。
【００３６】
図２には、本発明に係る積層部材を構成する際に使用することのできる、相異なった３つの種類のスペーサーが、例示の目的で示されている。充填される空洞を分割することなく上側板を支持するために、円筒状のエラストマー製栓４Ａが使われている。この空洞を結合するかあるいは分割する必要があるときには、細長い金属製スペーサー４Ｂあるいは細長いエラストマー製スペーサー４Ｃを使うことができる。金属製スペーサー４Ｂは、下側板に隅肉溶接して作ることができ、また、上側板の２つの部分間における突合せ溶接を支持し、あるいはその溶接のための受け板として作用する。エラストマー製栓４Ａと細長いエラストマー製スペーサー４Ｃとは、流し込む前に金属板に接着することができ、また、注入されるであろうものと実質的に同じものから、あるいは注入されるべきエラストマーと適合するあるいは相溶性のある、異なったエラストマーから作ることができる。実際の積層部材には、これらの異なった種類のスペーサーがすべて必要とされるものではない。
【００３７】
流し込みの際にエラストマーの静水頭が過大なものでなく、かつ置き換えられる空気の流れが最適化されるにもかかわらず、流し込みの際にエラストマーの流れを補助するために、これらのプレートは、傾けてあるいは鉛直に支持することができる。これらのプレートはまた、この構造における定位置に固定され、かつ、その場でエラストマーが充填される。
【００３８】
この部材を他の部材あるいは現存する構造物へ溶接（ｗｅｌｄ）することを可能にするためには、このエラストマーと鋼板へのその結合とが溶接熱によって損傷を受けないことを保証するために、縁の周囲に溶接代を充分に残すことが必要である。この溶接代の幅は、このエラストマーの耐熱度と、用いられる溶接技術とに左右されるが、約７５ｍｍである。このエラストマーがこれらのプレートの間に流し込まれるときには、その溶接代は、細長いスペーサーによって画定する必要がある。
【００３９】
必要な注入口の数は、このエラストマーの成分を汲み上げて、エラストマーのゲル化時間と同様に、最小のはね（理想的にははねなし）と最小の空気混入（空隙空間の最小化）とをもたらすための利用可能な設備によって決まるであろう。これらの注入口は、この部材が配置される使用のための適切な箇所に配設すべきである。この部材が二重船体船における船体板として使われるときには、これらの注入口は理想的には、海あるいはカーゴ空間よりも内側船体の間隙に臨むように配設される。これらの注入口は理想的には、一方向バルブを備えることができ、流し込みの後に外すことのできる急速着脱口である。これらはまた、流し込みの後にスムーズに嵌め込まれる栓（プラグ）で密封してもよい。
【００４０】
それぞれの空洞には、空洞における空気をすべて逃がしかつ空隙空間が残らないようにすることができるように、空気口が配設されている。これらの空気口には、充填の後に栓を挿入することができるようにねじ山が施されていてもよく、あるいは充填の後に閉じられるバルブや他の機械式バルブが設けられていてもよい。これらの空気口と任意の栓あるいはバルブとは、このエラストマーが設定された後にスムーズに嵌め合わされる。
【００４１】
注入口あるいは空気口に挿入された栓は、その金属層と適合性のある電流（ガルバニック）特性を有する材料から作るべきである。金属層が鋼からなるものであるときには、その栓は黄銅からなるものであってもよい。
【００４２】
注入過程は、膨れと一様でないプレート厚さとが生じるおそれのあるどのような背圧もない空洞の充填でさえ確保するために、監視しなければならない。注入はまた、空洞を充填するにつれて次第に引っ込む管を使って実行することができる。
【００４３】
製造の後に、そのエラストマーが金属層に正しく付着したことを確かめることが必要である。このことは、超音波法あるいはＸ線法を用いて行うことができる。
【００４４】
傷ついた部材を修理するために、あるいはそのエラストマーが正しく付着していなかったときには、その鋼板の損傷領域が鋸で切り取られる（冷間切断）かあるいは火炎切断され、次いで、たとえばえぐり道具あるいは加圧水（ハイドロブラスト）を用いて、そのエラストマーは良好なエラストマーが露出するまで切り取られるかえぐり取られて、溶接代が作られる。残りのエラストマーの露出面は、その場で流し込んで付着させる新しいエラストマーのために充分に清浄でなければならない。
【００４５】
組立の代替方法は、エラストマーの予備成形された厚板を金属板に接合することである。
【００４６】
本発明の複合構造積層板を外側船体として使っているばら積み貨物船のためのキールプレートの試験片が構成された。この試験片５０は、図５に示されており、外側船体板５１と、内側船体板５２と、縦桁５３、５４と、横肋板５５とを含む。測定装置のためのアクセス穴５６も設けられたが、これは普通、必要ではないであろう。
【００４７】
外側船体板５１は、８ｍｍ厚さの軟鋼からなる第１および第２金属層と、実質的に空隙のない、５０ｍｍ厚さのポリウレタンからなるエラストマーコアとから構成された。
【００４８】
簡潔にするために、内側船体は、高さが７００ｍｍである縦桁５３、５４によって外側船体から隔てられた８ｍｍの単一鋼板であった。実際の用途では、この内側船体は、普通は本発明に係る部材であろうが、正確に同じ寸法である必要はない。この試験片は、平面での寸法が２６００ｍｍ×５０００ｍｍであった。
【００４９】
外側船体板の内側には、縦および横の空洞スペーサーが設けられており、利用可能な設備についてエラストマーの適切な流し込みを確保するようになっている。これらのスペーサーは、外側船体板の空洞全体に一操作で流し込みすることができるときに使うことができる。
【００５０】
この試験片は、周囲の船構造の剛性を表すために、水平な反動フレームに取り付けられ、４つの５００トン流体圧アクチュエーターによってこの試験片に荷重がかけられた。荷重のかけられたこの試験片の作用は、横変位対加荷重を示す図６に例示されている。
【００５１】
外側船体の外側板の剪断応力破壊は、８２０１キロニュートン（ｋＮ）の加荷重で起こった。
【００５２】
図７には、本発明に係るプレートを使って設計された、ロイズ船級協会規約を満たしているコンテナ船のためのハッチカバーが示されている。プレート７１は、鋼からなる４ｍｍ厚さの外側層と２５ｍｍ厚さの中間層とから構成されたものであり、どのような補強材も必要でない。主桁７２および縁桁７３は従来の形状であるが、二次梁７４は数が減っている。三次梁７５がハッチカバーリフトのために設けられ、縁桁ブラケット７７によってコンテナ荷重を直接取り除くことができる。添え板７６は必要なだけ設けられる。
【００５３】
温度変化により引き起こされる離層を防止するために、エラストマーの熱膨張率を鋼のそれ（１２×１０−６ｍｍ／ｍｍ／℃）に近づけるように調整する増量剤で中間層が設けられた。
【００５４】
その結果、得られたハッチカバーは、すべて鋼により補強された従来の設計のものと同等かあるいはそれ以上の強度があり、また、補強材や必要な小部品の数とともに溶接部の長さが減っているために、かなり簡単な構成であった。
【００５５】
本発明は、おおむね造船に関して上で説明されてきた。しかしながら、本発明はまた、他の用途、とりわけ平面に高い横向き荷重が予想される箇所、高い破壊強度が望ましい箇所、あるいは疲労亀裂の進行を抑えることが望ましい箇所にも利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年1月22日(2010.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１内面および第１外面を有する第１金属層と、
第２内面および第２外面を有するとともに、前記第１金属層から離間している第２金属層と、
前記第１内面および前記第２内面の間に配置されかつこれらの内面に付着したエラストマーからなる中間層とを含み、
前記エラストマーが、約２５０ＭＰａよりも大きいかあるいはそれに等しい弾性率Ｅと、金属層の延性を超える延性とを有し、
前記中間層が、約２０〜約１００ｍｍの範囲の厚さを有する構造積層部材。
【請求項２】
前記エラストマーが、約２７５ＭＰａよりも大きいかあるいはそれに等しい弾性率を有する請求項１に記載の構造積層部材。
【請求項３】
前記エラストマーが、少なくとも２０ＭＰａの引張および圧縮強さを有する請求項１または２に記載の構造積層部材。
【請求項４】
前記エラストマーが、緻密なものである請求項１から３のいずれか一項に記載の構造積層部材。
【請求項５】
中間層における全空隙空間が、その中間層の全体積の約２０％よりも少ないものである請求項４に記載の構造積層部材。
【請求項６】
前記エラストマーが、ポリウレタンである請求項１から５のいずれか一項に記載の構造積層部材。
【請求項７】
前記第１および第２金属層の少なくとも１つが、鋼から形成されている請求項１から６のいずれか一項に記載の構造積層部材。
【請求項８】
前記第１および第２金属層のそれぞれが、約３．５〜約２５ｍｍの範囲の厚さを有する請求項１から７のいずれか一項に記載の構造積層部材。
【請求項９】
中間層の厚さに対する第１および第２金属層の合計厚さの比が、０．１〜２．５の範囲にある請求項１から８のいずれか一項に記載の構造積層部材。
【請求項１０】
前記エラストマーと前記金属層との結合強さが、少なくとも３ＭＰａである請求項１から９のいずれか一項に記載の構造積層部材。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の構造積層部材を少なくとも１つ含んでいる小型船あるいは大型船。
【請求項１２】
第１および第２金属層を、コア空洞がそれらの間に画定されるように、離間関係にするステップと、
コア空洞に、硬化したときに約２５０ＭＰａよりも大きいかあるいはそれに等しい弾性率Ｅとそれらの金属層の延性を超える延性とを有する未硬化のエラストマーを充填するステップと、
前記エラストマーをこれが前記金属層に付着するように硬化させるステップと
を含む構造積層部材の製造方法。
【請求項１３】
前記充填ステップは、硬化後の空隙空間の割合が２０％よりも小さくなるように、空気混入を最小限に抑えるように実行される請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記充填ステップに先立って、前記空洞に少なくとも１つの通気穴を設けるステップをさらに備える請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記硬化ステップの後に、前記通気穴を密封するステップをさらに備える請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記充填ステップおよび前記硬化ステップの間に前記第１および第２金属層の間隔を維持するために、スペーサーを設けるステップをさらに備える請求項１２から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記スペーサーは、前記中間エラストマー層が少なくとも１つの縁で第１および第２金属層からへこんで溶接代がもたらされるように、その空洞の側縁を画定すべく設けられている請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
第１および第２金属層と第１エラストマーで形成された中間層とを含む構造積層部材を、他の部材に接合する方法であって、
前記構造積層部材の一部に隣接しており、それによって前記中間層が前記第１および第２層からへこんでいる溶接代を設けるステップと、
前記一部を前記他の部材に溶接するステップと、
前記溶接代に、硬化したときに約２５０ＭＰａよりも大きいかあるいはそれに等しい弾性率Ｅとそれらの金属層の延性を超える延性とを有する未硬化の第２エラストマーを充填するステップと、
前記未硬化の第２エラストマーを、前記第１および第２金属層と中間層とに結合するように硬化させるステップと
を含む構造積層部材の接合方法。
【請求項１９】
前記一部が、縁部である請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記溶接代を設けるステップが、前記構造積層部材の製造の際に行われる請求項１８または１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記溶接代を設けるステップが、前記一部に隣接する前記中間層の一部分を、たとえばえぐり出しあるいはハイドロブラストによって取り除くことからなる請求項１８または１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記他の部材が、第１および第２金属層とエラストマーからなる中間層とを含む構造積層部材である請求項１８から２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１および第２エラストマーが、同じものである請求項１８から２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記充填ステップが、前記第１もしくは第２金属層または前記中間層を前記溶接代まで貫通する少なくとも１つの充填穴を設けることと、その充填穴あるいは各充填穴を通して前記溶接代へ前記未硬化の第２エラストマーを供給することとからなり、かつ、前記方法が、前記硬化ステップの後にその充填穴あるいは各充填穴を密封するステップをさらに備える請求項１８から２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記密封ステップが、前記金属層と互換可能な電流特性を有する栓でその穴あるいはそれぞれの穴を密封することからなる請求項１５または２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記溶接代が、少なくとも約７５ｍｍの幅を有する請求項１７または１８あるいはこの従属項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記エラストマーは、硬化したとき、少なくとも３ＭＰａの結合強さで前記金属層に付着する請求項１２から２６のいずれか一項に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明によれば、
第１内面および第１外面を有する第１金属層と、
第２内面および第２外面を有するとともに、前記第１金属層から離間している第２金属層と、
前記第１内面および前記第２内面の間に配置されかつこれらの内面に付着したエラストマーからなる中間層とを含み、前記エラストマーが、約２５０メガパスカル（ＭＰａ）よりも大きいかあるいはそれに等しい弾性率Ｅと、それらの金属層の延性を超える延性とを有する構造積層部材が提供される。
本発明によれば、第１および第２金属層を、コア空洞がそれらの間に画定されるように、離間関係にするステップと、コア空洞に、硬化したときに約２５０ＭＰａよりも大きいかあるいはそれに等しい弾性率Ｅとそれらの金属層の延性を超える延性とを有する未硬化のエラストマーを充填するステップと、前記エラストマーをこれが前記金属層に付着するように硬化させるステップとを含む構造積層部材の製造方法が提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
プラスチック材料は、使用時に予想される荷重でエラストマーとして機能するものであるのが好ましく、また、２０〜１００ｍｍの範囲の厚さがあるのが好ましい。中間層の厚さは、いくつかの用途では、部材を横切って変化してもよい。その材料は、この複合体の所望の性質が変わらない限り、意図したものであるかあるいは用いられた製造方法の副次的作用によるものであるかを問わず、いくつかの空隙空間があってもよいが、緻密なもの、すなわち発泡していないものであるのが好ましい。中間層における最大許容空隙空間の割合は１０〜２０％であると考えられる。
本発明によればまた、第１および第２金属層と第１エラストマーで形成された中間層とを含む構造積層部材を、他の部材に接合する方法であって、前記構造積層部材の一部に隣接しており、それによって前記中間層が前記第１および第２層からへこんでいる溶接代を設けるステップと、前記一部を前記他の部材に溶接するステップと、前記溶接代に、硬化したときに約２５０ＭＰａよりも大きいかあるいはそれに等しい弾性率Ｅとそれらの金属層の延性を超える延性とを有する未硬化の第２エラストマーを充填するステップと、前記未硬化の第２エラストマーを、前記第１および第２金属層と中間層とに結合するように硬化させるステップとを含む構造積層部材の接続方法を提供する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
金属層は、軽量性、耐食性、あるいは他の固有の性質が必須である特定用途においては、アルミニウム、ステンレス鋼あるいは他の構造用合金からなるものであってもよいが、構造用鋼からなるものであるのが好ましい。この金属には、２４０ＭＰａの降伏強さと少なくとも２０％の伸びとが備わっているのが好ましい。多くの用途、特に造船の用途については、この金属が溶接可能なものであることは必須である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
構造積層部材は、該構造積層部材の一部に隣接しており、それによって前記中間層が前記第１および第２層からへこんでいる溶接代を設け、前記一部を前記他の部材に溶接し、前記溶接代に、未硬化の第２エラストマーを充填し、前記未硬化の第２エラストマーを、前記第１および第２金属層と中間層とに結合するように硬化させることにより、他の部材に接合してもよい。
この部材を他の部材あるいは現存する構造物へ溶接（ｗｅｌｄ）することを可能にするためには、このエラストマーと鋼板へのその結合とが溶接熱によって損傷を受けないことを保証するために、縁の周囲に溶接代を充分に残すことが必要である。この溶接代の幅は、このエラストマーの耐熱度と、用いられる溶接技術とに左右されるが、約７５ｍｍである。このエラストマーがこれらのプレートの間に流し込まれるときには、その溶接代は、細長いスペーサーによって画定する必要がある。
【外国語明細書】
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