(57)【要約】【課題】軽量のラミネート構造を有する低コストの軽量構造パネルを提供する。【解決手段】各々が少なくとも約０．００５インチの厚みを有するシート金属の第１および第２のスキンと、前記シート金属のスキンの間に設けられた繊維コアと、を具備し、前記繊維コアは、前記シート金属のスキンに接合され、かつ、各々が約０．００８平方インチから約０．２平方インチまでの面積をもつ複数の孔を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が少なくとも約０．００５インチの厚みを有するシート金属の第１および第２のスキンと、前記シート金属のスキンの間に設けられた繊維コアと、を具備し、
前記繊維コアは、前記シート金属のスキンに接合され、かつ、各々が約０．００８平方インチから約０．２平方インチまでの面積をもつ複数の孔を有することを特徴とする構造ラミネート。
【請求項２】
前記シート金属は、冷間圧延鋼、亜鉛めっき鋼、スズ被覆鋼およびステンレス鋼からなる群のうちから選択されることを特徴とする請求項１記載のラミネート。
【請求項３】
前記繊維コアは、前記シート金属のスキンに密着して接合されることを特徴とする請求項１記載のラミネート。
【請求項４】
前記スキンの各々が約０．００５インチから約０．０３０インチまでの厚みを有することを特徴とする請求項１記載のラミネート。
【請求項５】
前記繊維コアには樹脂が含浸され、前記孔には樹脂が実質的にないことを特徴とする請求項１記載のラミネート。
【請求項６】
前記繊維コアが少なくとも約０．０１インチの厚みを有することを特徴とする請求項１記載のラミネート。
【請求項７】
前記繊維コアは、約０．０１インチから０．０５インチまでの厚みを有することを特徴とする請求項１記載のラミネート。
【請求項８】
ラミネートがパネル構造であることを特徴とする請求項１記載のラミネート。
【請求項９】
さらに、前記繊維コアと前記スキンの各々との間に密着して設けられた層を有することを特徴とする請求項１記載のラミネート。
【請求項１０】
前記繊維コアが紙であることを特徴とする請求項１記載のラミネート。
【請求項１１】
前記繊維コアが合成重合体であることを特徴とする請求項１記載のラミネート。
【請求項１２】
さらに、前記繊維コアを通って延び出し、かつ前記金属スキンの間に延び出す複数のチャネルを有することを特徴とする請求項１記載のラミネート。
【請求項１３】
前記繊維コアは、相互に密着接合する繊維の複数のウェブであることを特徴とする請求項１記載のラミネート。
【請求項１４】
前記金属スキンは、接合完全性および耐食性を促進させるために転換コーティングで前処理された鋼であることを特徴とする請求項１記載のラミネート。
【請求項１５】
前記金属スキンは、低炭素微細合金化された高強度鋼で形成されることを特徴とする請求項１記載のラミネート。
【請求項１６】
前記繊維コアは主要な表面を有し、前記孔の面積の合計は前記主要な表面の面積の１０％以上であることを特徴とする請求項１記載のラミネート。
【請求項１７】
前記孔の面積の合計は、前記主要な表面の面積の５０％以下であることを特徴とする請求項１記載のラミネート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラミネート構造パネルに係り、特に所望の軽量ラミネート構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの研究において、重量や材料費を実質的に増加させることなく、パネルの改良された構造的特徴が提案されている。固体ポリマー芯を有する鋼シートの複合体が、防音および振動ダンパーが要求される用途にこれまで使われてきた。しかし、これらの複合体は、多くの用途において圧痕に対する抵抗が低く、また所望の剛性が不足するなどの多くの欠点が問題とされる。米国特許第5,985,457号にはSTRUCTURAL PANEL WITH KRAFT PAPER CORE BETWEEN METAL SKINSという題名で（このすべての開示は引用することにより本願明細書に包含したものとする）、切り離されかつ紙の介在層に結合された金属スキンを有するラミネート構造である構造パネルが開示されている。そこにおいて記載されているラミネートは、高い特定の剛性と圧痕抵抗とを有する。
【０００３】
1999年6月29日に出願されて出願係属中の米国特許出願No.09/342,690号にはCARGO VEHICLE WALLという題名で（このすべての開示は引用することにより本願明細書に包含したものとする）、金属スキンと紙のラミネートを形成する壁を有するトラックトレーラが開示されている。このトラック壁は、重さおよびコストをさらに最小にすると同時に良好な構造上の特徴を提供する。
【０００４】
米国特許第6,171,705号にはIMPROVED STRUCTURAL PANEL AND METHOD OF MANUFACTUREという題名で（このすべての開示は引用することにより本願明細書に包含したものとする）、製造方法の改善を含んで金属/紙/金属ラミネートに対する様々な改良が開示されている。
【０００５】
上述した金属/紙/金属ラミネートが多くの利点を有するにもかかわらず、本発明者は発明パネル（特に大きい領域パネルが作られるところ）の減量バージョンのためにいくつかの用途のニーズを認めた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、軽量のラミネート構造を有する低コストの軽量構造パネルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの態様において、構造ラミネートは、シート金属の第１および第２のスキンを有するものとして提供される。繊維コア層は、シート金属スキンの間でに設けられ、かつこれらのスキンに結合される。複数の孔は、繊維層内に形成され、その各々の孔は約０．００８平方インチから約０．２平方インチまでの面積を有するものである。本発明の一つの態様において、繊維コア層は接着性の樹脂を浸透させる。本発明の別の態様において、接着剤の層は、コア材料およびスキンの間に設けられる。結果として生じるラミネート構造は強くかつ軽量である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
添付図面の図１を参照すれば、パネル２０は金属スキン（metal  skins）２２および該スキン間に介在する繊維層２４を有することが示されている。繊維層２４は複数の開口部または孔２５を有する。
【０００９】
本発明の好ましい構造の一例として、スキン２２は亜鉛被覆鋼で形成されることが最適であり、各々の層２２については、約０．００５インチ以上、好ましくは約０．００５インチおよび約０．０３０の間から、およびより好ましくは約０．００５インチから約０．０１２インチまでの厚みを有する。
【００１０】
一実施例において、介在繊維層２４は、約０．０１インチ以上、好ましくは約０．０１インチから０．０５インチまでの厚みを有する。したがって、本実施例においてパネル２０の全体の厚みは、約０．０２０インチおよび約０．１１インチの間に概してある。
【００１１】
孔２５は、多くは円、正方形、三角形などのような幾何学形状とすることができる。孔２５は、単一の層２４内でそのサイズおよび形状を変えてもよいし、またはサイズおよび形状を均等にしてもよい。好ましくは、各々の孔２５は、約０．００８平方インチから約０．２平方インチまでの面積とし、より好ましくは約０．０１２平方インチから約０．１１平方インチまでの面積とする。層２４内の複数の孔２５の総面積（各孔２５の面積の合計）は、層２４の総面積を含む多くの要素に依存している。
【００１２】
最も好ましくは、複数の孔２５の総面積は、層２４の合計表面積（一方側の主要な表面）のほぼ１０％より大きいが、通常、層２４の合計表面積（一方側の主要な表面）の５０％を超えない。
【００１３】
パネルは、図１の記載で上述した寸法を有し、かつ好ましい層厚さと孔２５の開口面積を有するものであり、比較できる寸法と堅さ（剛性）の単一シート鋼の重さよりかなり少ない重量を有する。
【００１４】
ここで図１に示される個々の層についてより詳細に説明する。図示のように、金属スキン２２は一般に両側に平坦面を有する平らなものである。スキン２２の形成に用いることができる金属は、鋼、アルミニウム、ステンレス鋼およびこれらの多様な組合せからなる群より選択することが好ましい。
【００１５】
金属は、パネル２０が使用される特定の環境に適した十分な構造および（必要な場合）耐食性を備え、最も安いコストであることが、最も望ましい。亜鉛被覆薄板鋼が最適である。
【００１６】
当業者にとって周知のように、鋼は炭素および他の元素の量に基づいて多くの等級を生じる。広く、これらの等級は、低炭素鋼、中炭素鋼および高炭素鋼と記述することができる。ここでの使用に適した好ましいものとして低炭素鋼および低炭素ミクロ合金化高強度鋼（ＨＳＬＡ）があげられる。本発明に用いられる最も好ましい金属スキンは、冷間圧延鋼、亜鉛めっき鋼、スズ被覆鋼およびステンレス鋼である。結合性の目的のために裸の金属であるスキンの内表面にスキン２２の外表面を含む亜鉛めっき面を片面に有する亜鉛めっき薄板を利用することが望ましい。一実施例として、内表面に軽い亜鉛被覆を施し、外表面に重い亜鉛被覆を施すような特異な亜鉛被覆が好ましい。この実施例では、亜鉛被覆鋼は、最終的な厚さのために表面に亜鉛が冷間圧延される。
【００１７】
層２４は繊維材料である。いかなる理論にもよって束縛されることを望まないにもかかわらず、層２４の繊維の性質が、パネル２０の層間剥離に対する抵抗を含む望ましい構造上の性質に貢献することができることが信じられている。ここで使用しているように、本発明のコンテキストの範囲を制限することなく、「繊維の（fibrous）」の用語は天然物であろうと合成物であろうとそれがシート製品に形成できる繊維の均質的な収集を一般に意味することを意図している。
【００１８】
図２，３および４を参照すれば、層２４はランダムに分配された複数の開口部または孔２５を有するものとして示される。孔２５は、規則正しい配列またはそれに類似の配列に分配してもよい。上述したように、孔２５はたいていの場合は幾何学形状に形成してよく、好ましくは、各々の孔２５は、約０．００８平方インチから約０．２平方インチまでの面積、より好ましくは、約０．０１２平方インチから約０．１１平方インチまでの面積を有するものとする。最も好ましくは、複数の孔２５の合計面積は、層２４の合計表面積（片側の主要な表面）の１０％より大きくするが、通常、層２４の合計表面積（片側の主要な表面）の５０％以下とする。孔２５は、目盛ダイス（rule  die）で穿孔することができるか、または層２４が形成されるように形成してもよい。この構造は、前出の係属中米国特許出願に記載されているように、積荷車両パネルを形成することに特に適している。
【００１９】
層２４として使用される最も好ましい繊維材料、繊維シートと繊維シートとの間がユニークであると信じられる材料は、紙である。当業者において周知のように、紙は本質的にパルプおよび水で薄めた懸濁液の媒介物を通って比較的薄いシートに作られる繊維の材料のマットまたはフェルト構造である。それは本質的にセルロース繊維から成る。
【００２０】
紙制作のためのパルプは、木または他の植物を機械的に挽き潰すことによって準備でき、化学的処理（亜硫酸塩、クラフトまたはソーダ）によって、更に、化学的に処理されている綿、リネンおよび大麻ボロ、廃棄物、わら等によって準備できる。
【００２１】
本発明において、クラフト紙法を用いて形成された紙が最も好ましい。クラフト紙法（それは、また、パルプになっている硫酸塩またはアルカリ性プロセスと称してもよい）が高い物理的強度と大きさの紙に結果としてなることは、当業者によって認められている。ある好ましい紙は、S.C.チャールストンのウェストベーコによって、クラフト紙を飽和させるとして販売される。
【００２２】
また、当業者において周知のように、紙のセルロース繊維の平均の整列は、紙の製造中において「紙の縦方向（machine  direction）」によっていくぶん制御される。本発明においてラミネートの紙の方位がラミネートの堅さ（剛性）および強さに影響を及ぼすことができる要因であると思われる。クラフト紙の縦方向（流れ方向）がラミネートの曲げ中立軸に対して平行なラインとなるラミネートが好ましい。
【００２３】
使用のための繊維の材料の他のクラスは、プラスチック繊維の紙である。紙と異なって、プラスチック繊維の紙は、シートに形成される合成（例えば合成ポリマー）繊維の集合である。例えば、非常に細い繊維を紡ぐことにより１００パーセントの高密度のポリエチレン繊維をつくることができ、それから熱および圧力と共にそれらを結合することができる。ナイロン紙（例えばノメックス（Nomex）タイプ４１０）は、高温耐性のあるポリアミドポリマーの短繊維（フロック；floc）およびより小さいバインダ分子（フィブリッド；fibrids）からつくられ、シート製品に形成される。
【００２４】
本発明の一実施例において、層２４は樹脂が浸透された（resin-impregnated）セルロース化合物紙として提供される。最も好ましくは、紙はそれから乾燥された樹脂で飽和する。フェノール樹脂が浸透されたクラフト紙の使用が最も好ましい。また、ポリエステル樹脂の浸透はいくつかの用途に適している。紙に樹脂をしみ込ませる方法は当業者において周知である。本質的に、好ましい樹脂浸透紙は、基板紙ウェブを液状のフェノールの樹脂に浸すことによって形成される。一般的に、飽和した浸透紙の層は、半硬化した浸透紙の単一の層を形成するために一緒に層にされる。浸透の方法は、層２４を樹脂またはコーティングの浴槽中に浸漬し、かつ樹脂を紙の上に拡げることを含む。但し、樹脂内容層２４に関して以下に記載される範囲を越えるために本願において適切であるか又は望ましいものであり、本発明の好ましい実施の形態において樹脂は樹脂浸透層２４の約１５％から約４５％までに構成する。孔２５は、浸透プロセスから実質的に樹脂がない状態にされる。すなわち、樹脂浸透プロセスの間において孔２５は樹脂で満たされない。
【００２５】
ほとんどの場合に、浸透紙層２４には熱硬化性の樹脂を用いることが好ましいが、いくつかの用途において熱硬化性樹脂を受け入れることができる。熱硬化性樹脂の場合、樹脂がパネル２０の形成前にＢステージのために通常は硬化するが、しかし、それが後述するようにラミネートプレス操作（制御された加熱および圧力）する前において樹脂浸透紙の完全硬化を可能としてもよい。フェノール樹脂の場合、樹脂はラミネート前のＢステージで硬化される。スキン２２および樹脂浸透紙コア２４は、プレスを用いて一緒にラミネートされるように、それから十分に硬化される。多くの標準の添加物（例えば硬化剤や充填物など）を樹脂に含ませることは、いくつかの用途において適している。
【００２６】
ここで図５（繊維層２４ヘの樹脂浸透の有無にかかわらず）を参照すると、繊維コア２４に対して結合スキン２２に対して接着剤層２６を使用することは、いくつかの用途において望ましい。本発明ではエポキシ、フェノール、イソシアン酸塩、ポリウレタンおよびホットメルトを含む多くの接着剤が適している。この目的のための特に好ましい接着剤は、アシュランド・ケミカル（Ashland Chemical）社から商品「アロフェン1166（Arofene 1166）」として販売されているニトリルフェノールである。接着剤は、直接的に層２４または金属スキン２２に塗布するか、または２、３の方法では層２４および金属スキン２２の両者に塗布してもよい。再び、孔２５は樹脂で満たされない。結合完全性および耐食性を改善することは、複合酸化物または亜鉛リン酸塩のような転換コーティング（conversion  coating）を有する鋼を前処理することが好ましい。
【００２７】
複合パネル２０を形成する１つの方法は、加熱プレス機（図示せず）の使用である。多くの金属/繊維/金属ラミネートが積み重ねられた（好ましくは５-２０から）後に、プレス機は圧力を積層体に印加するために閉じる。その時、温度および圧力は、スキン２２および層２４の厚みと、中心層に浸透させるために用いる樹脂のタイプと、中心層および金属スキンの間でもしあれば使用される接着剤のタイプとによって幅広く変化する。最も好ましくは、使用する温度は、フェノール樹脂を硬化させるために十分なものであり、もしあれば接着剤層の接着を保証するものである。プレスされた積層体が冷えた後に、プレス機から取り出し、それから個々のパネルを切り離す。
【００２８】
本発明の特定の実施形態が本願明細書において図と共に記載されると共に、もちろん、特にこの開示を考慮したこの技術に熟練したそれらによって、多くの修正がなされることができた時から、本発明がそれに対して制限されることになっていないことは理解される。本発明の本当の趣旨および範囲の範囲内にあるものとしていずれの種類の変形態様をもカバーするために、それは添付の請求の範囲によって熟慮される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のラミネート構造を示す切欠斜視図。
【図２】図１に示す紙層の平面図。
【図３】図２に示す紙層を線３-３に沿って切断した断面図。
【図４】図１のパネル（切欠なし）の平面図。
【図５】線４-４に沿って図４に示すパネルを切断した断面。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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