JP2005231301A - 接続用金型および長尺体接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金型内での急激な温度勾配をなくし、接続部に段差が発生しない接続用金型および当該接続用金型を用いた長尺体接続方法を提案するものである。
【解決手段】接続用金型１は、その長手方向に半割された一対の半割部材２と半割部材３、および中芯４の３部材から構成されており、組み立てられた状態では横断面がＣ字状を呈する縦長の金型キャビティＣを内臓する筒状のものである。半割部材３は、開口端Ｃ１の近傍部３１、開口端Ｃ２の近傍部３２、およびそれらの中間部３３とを含み、Ｂ１は近傍部３と中間部３３との境界を示し、Ｂ２は近傍近傍部３２と中間部３３との境界を示す。中間部３３の壁厚は、一定であるが、近傍部３１の内壁３１１および近傍部３２の内壁３２１には、図３に示すように、それぞれ境界Ｂ１から開口端Ｃ１に、および境界Ｂ２から開口端Ｃ１に向かって壁厚が漸次減少するように勾配が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、接続用金型および当該接続用金型を用いた、熱可塑性樹脂製の被接続長尺体の端部同士を加熱溶融接続する長尺体接続方法に関するものである。

ベルトや移動手摺などの細長い樹脂物品は、熱可塑性樹脂製の被接続長尺体の端部を互いに接続し、所望の長さを有するループ体に加工することにより最終製品として完成する。ループ体に加工する方法としては、従来、プレスによる方法が主流である。例えば、エスカレータの移動手摺の端部同士は、プレスにより接続される。これまでは、細長い樹脂性物品としてゴムなどの熱硬化性樹脂物品が多かったが、最近では環境負荷低減、低コスト化を目的に熱可塑性樹脂物品への代替が行われつつある。

後記の特許文献１によれば、手摺の角材の両端を切断し、熱でそれらをたがいに融合させる従来方法では、境界面が短いために少量のエラストマーが結合部の周囲から押し出されて段差が生じ、それを取り除く必要がある。かかる問題を克服するために、当該特許文献１では、上型、下型、中芯の3つの金型からなる装置を用い、金型端部での物品の段差の発生を防ぐために、金型の両端部は常時水冷却しながら金型中央部を加熱し、接続部の樹脂を融着させ、その後ヒーターを止め、金型の中央部に冷却水を流すことにより、樹脂を固化させ、最終製品を得ることが提案されている。しかしこの方法では、金型の両端を常時水冷却しているため、金型内での急激な温度勾配により物品中に段差や残留応力が発生する新たな問題がある。
特表２０００−５０７８９３号公報（第９頁の第１７行〜第２１行、請求項1）

本発明は、従来技術における如上の問題に鑑みて、金型内での急激な温度勾配をなくし、接続部に段差が発生しない接続用金型および当該接続用金型を用いた長尺体接続方法を提案するものである。

本発明の接続用金型は、熱可塑性樹脂製の被接続長尺体の端部同士を開口端を有する金型キャビティ内で加熱溶融接続するように構成された接続用金型であって、上記開口端の近傍部における金型内壁には、上記開口端に向かって上記金型キャビティの断面積が逓増するように勾配が設けられていることを特徴とするものである。

本発明の長尺体接続方法は、開口端の近傍部における金型内壁には、上記開口端に向かって金型キャビティの断面積が逓増するように勾配が設けられている接続用金型の上記金型キャビティ内に熱可塑性樹脂製の被接続長尺体の端部同士を設置し、上記端部同士を加圧下で加熱して上記端部を形成する熱可塑性樹脂を溶融する第一工程、および上記接続用金型を上記熱可塑性樹脂が固化する温度まで冷却する第二工程を含むことを特徴とするものである。

本発明の接続用金型は、その金型キャビティの断面積が上記開口端に向かって逓増しているので、熱可塑性樹脂製被接続長尺体の接続部で段差が実質的に発生せず、意匠性に優れたベルトや移動手摺などの熱可塑性物品を得ることができる。

実施の形態１．
図１〜図６は、本発明の接続用金型およびそれを使用した熱可塑性樹脂製の被接続長尺体の端部同士を接続する方法を説明するものであって、図１は接続用金型を分解した状態での斜視図、図２は当該接続用金型を組み立てた状態での斜視図、図３は図１および図２のIII−III線に沿った断面図、図４は上記被接続長尺体の一例としての、手摺製造用長尺材の斜視図、図５は当該手摺製造用長尺材の被接続端部の接続前における加工状態を示す斜視図、図６は当該手摺製造用長尺材の加熱溶融接続に使用される溶融接続用樹脂成型品の斜視図である。

図１〜図３において、接続用金型１は、その長手方向に半割された一対の半割部材２と半割部材３、および中芯４の３部材から構成されており、図１では中芯４が半割部材２の所定箇所に設置され、半割部材３がその内壁面３３１などを図上で上向きにして半割部材２と分離した状態が示されている。半割部材２および半割部材３は、樋状の長尺体であり、中芯４はその長手方向に直交する方向の断面（以下横断面）が図１に示す通りの長尺体充実体であって、接続用金型１は、半割部材３を図１の矢印Ａの方向に移動させてその内壁面３３１などが中芯４の頂壁面４４と対向するように半割部材２と嵌合させることにより組み立てられて、かく組み立てられた状態では図２に示すように、横断面がＣ字状を呈する縦長の金型キャビティＣを内臓する筒状のものである。図２および図３において、Ｃ１およびＣ２は、それぞれ筒状を呈する金型キャビティＣの開口端を示す。なお中芯４は、横断面がＣ字状の被接続長尺体を接続した後に、抜き取り易いように中芯部材４１、中芯部材４２、および中芯部材４３の３部材に分割されている。

半割部材３は、開口端Ｃ１の近傍部３１、開口端Ｃ２の近傍部３２、およびそれらの中間部３３とを含み、Ｂ１は近傍部３１と中間部３３との境界を示し、Ｂ２は近傍近傍部３２と中間部３３との境界を示す。中間部３３の壁厚は、一定であるが、近傍部３１の内壁３１１および近傍部３２の内壁３２１には、図３に示すように、それぞれ境界Ｂ１から開口端Ｃ１に、および境界Ｂ２から開口端Ｃ１に向かって壁厚が漸次減少するように勾配が設けられている。図３において、Lは近傍部３１および近傍近傍部３２の長さであり、ΔＨは近傍部３１における境界Ｂ１と開口端Ｃ１との各壁厚の差、および近傍部３２における境界Ｂ２と開口端Ｃ２との各壁厚の差であって、ΔＨ／Lが近傍部３１および近傍部３２での勾配となる。このために金型キャビティＣは、その断面積が中間部３３では一定であるが、近傍部３１および近傍部３２では、それぞれ開口端Ｃ１および開口端Ｃ２に向かって逓増している。

金型キャビティＣの断面積が上記のようになっていることにより、前記した本発明の効果が得られるのであるが、その理由として、加熱による樹脂の膨張を拘束しないこと、空気断熱層がテーパー状に形成されて温度勾配がゆるやかになること、および勾配の中間あたりで金型キャビティＣと樹脂との接触点が形成されて接続部での急激な寸法変化が発生しないこと、などが考えられる。なお近傍部３１および近傍部３２にΔＨ／Lを付けることにより金型キャビティＣの断面積を変化させる場合のΔＨ／Lの大きさは、それが過小であると金型キャビティＣの断面積の変化も過小となって上記効果が得られず、一方、それが過大であると、樹脂の膨張により近傍部３１および近傍部３２の中間あたりで段差が発生し易くなる傾向があるので、０．５/１００〜５/１００程度、特に１/１００〜３/１００程度とすることが好ましい。

なお後記の実験例１〜実験例４において示されるように、半割部材３の内面の延在方向が変化する上記境界Ｂ１および境界Ｂ２にあたる手摺製造用長尺材５の接続体の表面に僅かな段差が生じることがある。この段差発生は、境界Ｂ１および境界Ｂ２にＲを付ける面取り加工を施すことで防止可能である。その際のＲの大きさは、少なくとも曲率１ｍｍ程度、特に少なくとも曲率５ｍｍ程度とすることが好ましい。なお接続用金型１は、半割部材２、半割部材３、中芯４が図２に示すように組み立てられた状態でその全体が冷却水により冷却可能なように冷却管路（図示せず）を備えている。

つぎに接続用金型１を使用して図４に示す手摺製造用長尺材５の接続方法に就いて説明する。図４〜図６において、手摺製造用長尺材５は、エスカレータなどの移動装置に使用されている手摺の製造に用いられる、横断面がＣ字状を呈するものであって、スライダー繊維層５１、金属製帯状抗張板層５２、樹脂層５３、化粧層５４から形成されており、樹脂層５３および化粧層５４は、いずれもポリウレタン系エラストマー製であるが、化粧層５４を形成するポリウレタン系エラストマーには製品に応じた着色剤が添加されている。金属製帯状抗張板層５２は、例えばスチール製である。

手摺製造用長尺材５の両端同士を接続してループ状とするために、換言すると手摺を製造するために、先ずその両端が図５に示す状態に加工される。即ち、当該両端部のスライダー繊維層５１が除去され、樹脂層５３よりも化粧層５４の除去長さを大きくして両層が階段状となるようにそれらの各両端部が除去されて、金属製帯状抗張板層５２が突出した状態とされる。なお樹脂層５３および化粧層５４の両端部は、図６に示す溶融接続用樹脂成型品６との接触面積が大きくなるように、手摺製造用長尺材５の長手方向の軸に対して傾斜して切断除去されている。また接続用金型１の半割部材２、半割部材３、および中芯４は、予め１８０℃程度に加熱保持されている。

かく加工された手摺製造用長尺材５は、ループ状としてその両端部における金属製帯状抗張板層５２の突出部分同士が重なり合う状態で、且つ当該突出部分同士の重合部間に接着材が施与されて半割部材２の略中間に位置するように半割部材２内に設置される。さらに溶融接続用樹脂成型品６が当該重合部の上に且つ樹脂層５３と化粧層５４の両端部の切断除去箇所を補填するように半割部材２内に設置され、かく設置された当該両端部と溶融接続用樹脂成型品６とのＣ字状空間内に中芯４が挿通され、その際に半割部材２の内壁、当該両端部、溶融接続用樹脂成型品６、中芯４の金型キャビティＣ内に露出した外壁の間の必要箇所には、図５に示す両端加工体を得る際に除去されたスライダー繊維層５１の部分が当該両端部の溶融接続後に補填された状態となるようにスライダー繊維層５１を形成するスライダー繊維層片が設置される。ついでその上に半割部材３が被せられて、前記図２の金型キャビティＣ内が手摺製造用長尺材５の被接続両端部と溶融接続用樹脂成型品６とで充填された状態とされる。溶融接続用樹脂成型品６は、ＪＩＳ−Ａにより測定された硬度が８５のポリエーテル系ポリウレタンエラストマー製であって、射出成形により製造されている。上記の接着材としては、上記のポリエーテル系ポリウレタンエラストマーと同じものであってよい。

つぎに接続用金型１は、プレス機により半割部材２と半割部材３の間にかけられた１０ＭＰａの加圧の下で10分間保持されて樹脂の融着と接着剤の硬化が行われ、その後、前記の冷却管路に冷却水を流して接続用金型１を冷却し、８０℃以下まで冷却した後、接続用金型１が解体され、かくして手摺製造用長尺材５のループ体、即ち手摺が製造される。

半割部材３の近傍部３１の内壁３１１および近傍近傍部３２の内壁３２１に勾配ΔＨ／Lを設けることの効果を実験例および比較実験例にて示す。実験例１（勾配ΔＨ／L；０．５／１００）、実験例２（勾配ΔＨ／L；１／１００）、実験例３（勾配ΔＨ／L；５／１００）、および実験例４（勾配ΔＨ／L；６／１００）の４実験例が実施の形態1.で説明した手順および方法にて行われ、手摺製造用長尺材５を使用した手摺が製造された。また比較のために、従来の接続用金型（勾配ΔＨ／L；零）を用いた比較実験例１が、上記と同様にして行われて手摺が製造された。この結果、比較実験例１から製造された手摺は、接続用金型１の両端にあたる箇所で明白な段差が発生したが、４実験例から製造された手摺のいずれにも接続用金型１の両端にあたる箇所に段差は発生しておらず、接続部の外観も良好であって、上記勾配ΔＨ／Lを設けることの効果が明らかであった。

さらに各手摺の接続部の壁３１１および内壁３２１にあたる箇所（勾配中間箇所）の表面状態について、勾配ΔＨ／Lが６／１００と最も大きい実験例４では僅かな段差生じていたが、実験例１〜実験例３では目立った段差の発生はなく、中でも実験例２では段差が最も分かり難く、非接続部の表面とほぼ同等の平滑度であった。これは、実験例１〜実験例３での勾配の大きさが適度であって、加熱による樹脂の膨張を拘束しないこと、空気断熱層がテーパー状に形成されて温度勾配がゆるやかになったこと、および勾配の中間あたりで金型キャビティＣと樹脂との接触点が形成されて、接続部での急激な寸法変化が発生しなかったこと、などの理由によると考えられる。

なお実験例１〜実験例４から得られた手摺では、境界Ｂ１および境界Ｂ２（図３参照）にあたる箇所に僅かな段差が発生した。よってつぎに勾配ΔＨ／Lが１／１００である場合を一例として取り上げ、その場合に就いて境界Ｂ１および境界Ｂ２に面取りＲを施し、当該Ｒを施すことの効果をＲの曲率を種々変えたつぎの実験例５〜実験例７にて示す。

実験例５（曲率；０．５mm）、実験例６（曲率；１mm）、および実験例７（曲率；１０mm）の３実験例が実施の形態1.で説明した手順および方法にて行われ、手摺製造用長尺材５を使用した手摺が製造された。この結果、実験例５〜実験例７から得られた各手摺には、前記実験例２から得られた手摺の境界Ｂ１および境界Ｂ２において発生していた僅かな段差さえも発生していなかった。

以上、本発明を実施の形態1〜実施の形態３により詳細に説明したが、本発明はそれらの形態に制限されるものではなく、本発明の課題並びにその解決手段の精神に沿った種々の変形形態を包含する。例えば、金型キャビティの断面積が逓増するように勾配が設けられる箇所は、前記半割部材３の内壁に限らず、半割部材２や中芯４に設けられてもよく、さらに半割部材３、半割部材２、および中芯４のうちの２箇所に、または３箇所の全部に設けられてもよい。熱可塑性樹脂製の被接続長尺体についても手摺製造用長尺材５以外の各種の長尺体を対象となし得る。

本発明の接続用金型およびそれを用いた長尺体の接続方法は、以上説明したように、接続部における段差発生の抑制方法として非常に有効であり、手摺などの意匠性に優れた接続長尺体の製造に有用である。

実施の形態1.の接続用金型を分解した状態での斜視図である。 実施の形態1.の接続用金型を組み立てた状態での斜視図である。 図１および図２のIII−III線に沿った断面図である。 実施の形態1.の接続用金型にて接続される被接続長尺体の一例としての手摺製造用長尺材の斜視図である。 当該手摺製造用長尺材の被接続端部の接続前における加工状態を示す斜視図である。 当該手摺製造用長尺材の加熱溶融接続に使用される溶融接続用樹脂成型品の斜視図である。

符号の説明

１ 接続用金型、２ 半割部材、３ 半割部材、３１ 近傍部、３１１ 内壁、
３２ 近傍部、３２１ 内壁、３３ 中間部、３３１ 内壁、Ｃ１ 開口端、
Ｂ１ 境界、Ｃ２ 開口端、Ｂ２ 境界、４ 中芯、４１ 中芯部材、４２ 中芯部材、４３ 中芯部材、４４ 頂壁面、Ｃ 金型キャビティ、Ｃ１ 開口端、Ｃ２ 開口端、
５ 手摺製造用長尺材、５１ スライダー繊維層、５２ 金属製帯状抗張板層、
５３ 樹脂層、５４ 化粧層、６ 溶融接続用樹脂成型品。

Claims (5)

1. 熱可塑性樹脂製の被接続長尺体の端部同士を開口端を有する金型キャビティ内で加熱溶融接続するように構成された接続用金型であって、上記開口端の近傍部における金型内壁には、上記開口端に向かって上記金型キャビティの断面積が逓増するように勾配が設けられていることを特徴とする接続用金型。
2. 上記開口端の近傍部の勾配は、０．５／１００〜５／１００程度であることを特徴とする請求項１記載の接続用金型。
3. 上記開口端の近傍部とそれに隣接する、金型内壁に勾配が設けられていない金型部分との境界は、面取りされていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の接続用金型。
4. 上記接続用金型は、その長手方向に半割された一対の半割部材と中芯を備え、上記長手方向に直交する方向の上記金型キャビティの断面形状がＣ字状であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項記載の接続用金型。
5. 開口端の近傍部における金型内壁には、上記開口端に向かって金型キャビティの断面積が逓増するように勾配が設けられている接続用金型の上記金型キャビティ内に熱可塑性樹脂製の被接続長尺体の端部同士を設置し、上記端部同士を加圧下で加熱して上記端部を形成する熱可塑性樹脂を溶融する第一工程、および上記接続用金型を上記熱可塑性樹脂が固化する温度まで冷却する第二工程を含むことを特徴とする長尺体接続方法。
   
   

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