JP2019130775A - 基材成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】板状体の水平方向両端部の変形を抑制し、基材成形装置の生産性を向上する。【解決手段】基材成形装置１００は、植物性繊維と熱可塑性樹脂を含む材料からなる板状体８０を吊り下げた状態で加熱しつつ搬送し、所定の形状に成形する基材成形装置１００であって、板状体８０を吊り下げ状態で保持する保持装置３０を備え、保持装置３０は、板状体８０の上縁部８１を保持する第１保持部３１と、板状体８０の水平方向両端部８３を保持する第２保持部３２と、を有する。【選択図】図２

Description

本明細書に開示の技術は、基材成形装置に関する。

基材成形装置として、下記特許文献１に開示のものが知られている。特許文献１に開示の構成では、板状体を吊り下げた状態で保持するためのハンガーを備え、ハンガーのクランプで板状体の上縁部を挟むことで当該板状体を吊り下げた状態で保持することが可能となっている。

特開２０１０−１４３００１号公報

ところで、クランプにより板状体の上縁部のみを保持する場合には、板状体の大きさや材質等によっては、加熱され軟化した板状体が自重により伸び変形し、板状体の水平方向両端部がカールするように変形する場合がある。このような両端部の変形は、搬送時に板状体が基材成形装置の内壁に干渉して設備を停止させる等の搬送不具合を招来し、基材成形装置の生産性を低下させる要因となっていた。

本明細書に開示の技術は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、板状体の水平方向両端部の変形を抑制し、基材成形装置の生産性を向上することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願明細書に開示の基材成形装置は、植物性繊維と熱可塑性樹脂を含む材料からなる板状体を吊り下げた状態で加熱しつつ搬送し、所定の形状に成形する基材成形装置であって、前記板状体を吊り下げ状態で保持する保持装置を備え、前記保持装置は、前記板状体の上縁部を保持する第１保持部と、前記板状体の水平方向両端部を保持する第２保持部と、を有する。

このような基材成形装置によれば、第１保持部で板状体の上縁部を保持することにより、板状体の水平方向両端部がカールするように変形する事態を、板状体の水平方向両端部を第２保持部により保持することにより抑制することができる。この結果、板状体の水平方向両端部の変形に起因して、基材成形装置に搬送不具合が生じることを抑制でき、基材成形装置の生産性を向上することができる。

上記構成において、前記第２保持部は、下方に向けて延出して、前記板状体の前記水平方向両端部を保持する保持位置と、前記保持位置より上方に格納された格納位置と、の間で変位可能に構成されていてもよい。このような構成によれば、保持装置が板状体を保持していない状態では、第２保持部を格納位置として保持装置をコンパクトに構成し、保持装置の搬送を省スペースで行うことができる。

上記構成において、前記第２保持部は、前記板状体の一方の板面側に配される基部と、前記基部に立設されるとともに前記一方の板面側から前記板状体を刺すように構成された複数のニードルと、を有していてもよい。このような構成によれば、板状体を第２保持部に近接させることにより、板状体にニードルを刺して第２保持部による保持を行うことができるとともに、板状体を第２保持部から離間させることにより、板状体からニードルを抜いて第２保持部による保持を解除することができる。このため、第２保持部による板状体の保持及び保持の解除が容易であり、例えば、これらの動作を自動化し易い。

本明細書に開示の技術によれば、板状体の水平方向両端部の変形を抑制し、基材成形装置の生産性を向上することができる。

一実施形態に係る基材成形装置を示す斜視図 板状体を保持している状態のハンガーを示す斜視図 板状体を保持している状態のハンガーを示す正面図 第２保持部を示す断面図（図３のＩＶ−ＩＶ線で切断した図に対応） 板状体を保持していない状態のハンガーを示す正面図 本成形工程における、本成形型が閉じる前の状態を示す図（図３のＶＩ−ＶＩ線で切断した図に対応） 本成形工程における、本成形型が閉じた後の状態を示す図 本成形工程における、本成形型を型開きして基材を払い出した状態を示す図 他の実施形態に係る、板状体を保持している状態のハンガーを示す斜視図 従来例における板状体を保持している状態のハンガーを示す正面図

一実施形態を図１から図８を用いて説明する。本実施形態では、基材９０を成形する基材成形装置１００について例示する。基材成形装置１００は、植物性繊維と熱可塑性樹脂を含む材料からなる板状体８０を吊り下げた状態で加熱しつつ搬送し、所定の形状に成形する装置である。

板状体８０に含まれる植物性繊維とは、植物由来の繊維材料のことである。このような繊維材料は、例えば、綿、麻、サイザル、ジュート、ケナフなどから採取することが可能である。この中では、特にケナフが好ましい。ケナフは、成長が早くしかもＣＯ２を多く吸収することから、地球環境保全にとって有効だからである。また、ケナフの靭皮からは比較的長くて丈夫な繊維を採取することが可能だからである。

板状体８０に含まれる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）等を用いることができる。この中では、特にポリプロピレンが好ましい。

板状体８０を製造するためには、植物性繊維と熱可塑性樹脂を混合した材料を混繊し、マット化させた後に、得られた積層体を熱圧プレスによって板状に成形する。これにより、所定の厚みを有する板状体を製造することができる。このような板状体８０の製造方法は、例えば、特開２００１−１７９７１６公報、特開２００２−３７１４５５公報等に開示されている。なお、板状体は、「熱成形用繊維板」、「プレボード」などの別の名称で呼ばれる場合もある。

板状体８０を加熱することによって、当該板状体８０に含まれる熱可塑性樹脂を溶融させることができる。例えば、板状体８０に含まれる熱可塑性樹脂がポリプロピレンである場合には、ポリプロピレンの融点は１６０℃〜１７０℃であるため、板状体８０をこれ以上の温度（例えば２００℃）に加熱することで当該板状体８０に含まれる熱可塑性樹脂を溶融させることができる。

基材成形装置１００は、板状体８０を予備成形するための予備成形型１０と、予備成形された板状体８０を本成形するための本成形型２０と、を備えている。本実施形態では、板状体８０を１回のプレスにより成形するのではなく、板状体８０を複数回（２回）のプレスにより、段階的に（２段階で）プレスすることが可能となっている。なお、基材９０の形状が、深絞り形状等の複雑な形状ではない場合には、１回のプレス、つまり本成形工程のみにより基材９０を成形しても構わない。

予備成形型１０は、図１に示されるように、一対の金型１２、１４を有している。このうち一方の金型１２は、中央部分が突出した形状を有しており、他方の金型１４は、中央部分が凹んだ形状を有している。一対の金型１２、１４は、型面同士が互いに対向するようにして左右に配置されている。予備成形型１０を構成するこれら一対の金型１２、１４は、上下方向に吊り下げられた状態の板状体８０を表裏両面からプレスすることが可能となっている。

本成形型２０は、図１に示されるように、一対の金型２２、２４を有している。このうち一方の金型２２は、中央部分が突出した形状を有しており、他方の金型２４は、中央部分が凹んだ形状を有している（図６参照）。一対の金型２２、２４は、型面同士が互いに向かい合うようにして左右に配置されている。本成形型２０を構成するこれら一対の金型２２、２４は、上下方向に吊り下げられた状態の板状体８０を表裏両面からプレスすることが可能となっている。

板状体８０を本成形するための本成形型２０は、冷間プレス用の成形型が用いられる。ここでいう「冷間プレス」とは、本成形型２０の型面を積極的に加熱しないで行うプレス成形のことを意味するが、加工熱や摩擦熱等によって本成形型２０の型面がある程度加熱される場合も含まれる。加熱した板状体８０を本成形型２０（冷間プレス型）でプレスすることによって、板状体８０に含まれている熱可塑性樹脂が冷却されて固化する。これにより、所定形状に成形された基材９０を得ることができる（図７参照）。

このようにして得られた基材９０は、軽量でかつ強度が高いことから、車両用内装材の基材に用いることができる。例えば、ドアトリム、インストルメントパネル、シートバックボード、パーティションボード、コンソールボックス、ピラーガーニッシュ、クォータトリム等の基材に用いることができる。

基材成形装置１００は、図１に示されるように、板状体８０を吊り下げ状態で保持するハンガー３０（保持装置）を備えている。基材成形装置１００は、複数のハンガー３０を有し、複数のハンガー３０を後述する搬送装置５０によって移送可能に構成されている。基材成形装置１００は、複数のハンガー３０にそれぞれ吊り下げられた板状体８０を次々に成形することで、高い生産性を実現可能とされる。

ハンガー３０は、図２及び図３に示されるように、板状体８０の上縁部８１を保持する第１保持部３１と、板状体８０の水平方向両端部８３を保持する第２保持部３２と、を有している。第１保持部３１が保持する板状体８０の上縁部８１は、板状体８０において基材９０に成形される領域の外周に位置する外周縁のうち、上方に位置する部分とされる。また、第２保持部３２が保持する板状体８０の両端部８３は、板状体８０において基材９０に成形される領域の外周に位置する外周縁のうち、上縁部８１の延在方向における両側に位置する部分（側縁部とも言える部分）とされる。本実施形態では、板状体８０は、平面視略矩形状をなし、一の辺を上方に向けた姿勢で、当該一の辺にそれぞれ隣接する一対の辺が両端部８３を構成する。

さらに、ハンガー３０は、図２及び図３に示されるように、水平方向に沿って延設されるとともに、第１保持部３１及び第２保持部３２を支持するシャフト３７（支持部）を更に有している。シャフト３７は、板状体８０の横方向の寸法よりやや大きい長さ寸法を有し、板状体８０の上方に上縁部８１に沿って配置される。

第１保持部３１は、図２及び図３に示されるように、シャフト３７の延設方向に沿って配され、板状体８０の上縁部８１の位置をシャフト３７に対して規定可能に構成されている。本実施形態では、シャフト３７には複数の第１保持部３１が並んで設けられ、各第１保持部３１が板状体８０の上縁部８１を表裏方向に挟持可能に構成されている。第１保持部３１としては、板状体８０表裏方向に弾性変形可能な弾性部材の弾性力により、板状体８０を係止するクランプからなるものを例示することができる。このような構成によれば、第１保持部３１による板状体８０の保持及び保持の解除が容易であり、例えば、これらの動作を自動化し易い。

第２保持部３２は、図２及び図３に示されるように、シャフト３７の軸方向において複数の第１保持部３１の両側に配設され、板状体８０の両端部８３の位置をシャフト３７に対して規定可能に構成されている。複数の第１保持部３１の両側に配設された、一対の第２保持部３２は、互いに左右対称に構成されており、以下、図３の右側の第２保持部３２について説明し、左側の第２保持部３２の説明を省略する。

第２保持部３２は、図３及び図４に示されるように、板状体８０の縦方向の寸法と同等の長さ寸法を有し、両端部８３を下部に至るまで保持可能に構成されている。一般的に、板状の部材を安定的に保持するためには、板状の部材の外周縁のうち外方に張り出した部分の位置を規定することが好ましい。例えば、略矩形状の板状体８０を保持する場合には、その四隅を保持することが好ましい。本実施形態では、ハンガー３０は、板状体８０の四隅のうち、第１保持部３１が上方に位置する隅部付近を保持するとともに、第２保持部３２が下方に位置する隅部付近を保持するように構成されている。さらに、ハンガー３０は、第２保持部３２が板状体８０の両端部８３を下部から上部にかけて保持可能に構成されている。

第２保持部３２は、図４に示されるように、板状体８０の裏面８０Ｂ（一方の板面）側に配される基部３３と、基部３３に立設されるとともに裏面８０Ｂ側から板状体８０を刺すように構成された複数のニードル３４と、を有している。基部３３は、長手状の板状部材で構成され、両端部８３に沿って延設されている。ニードル３４は、板状体８０の厚さ寸法より大きい長さ寸法を有し、基部３３が板状体８０の裏面８０Ｂ側に配された状態で、板状体８０を貫通するように構成されている。ニードル３４は、板状体８０の上縁部８１付近を除き、両端部８３に沿って並んで配されている。

第２保持部３２は、図５に示されるように、下方に向けて延出して、板状体８０の両端部８３を保持する保持位置Ｐ１と、保持位置Ｐ１より上方に格納された格納位置Ｐ２と、の間で変位可能に構成されている。第２保持部３２は、保持位置Ｐ１では、シャフト３７から第１保持部３１より下方であって、板状体８０の下縁部８５付近まで延出している（図３参照）。また、第２保持部３２は、格納位置Ｐ２では、第１保持部３１付近において、シャフト３７に沿うようにして配置されている。本実施形態では、第２保持部３２の基部３３が、軸３５を回動軸としてシャフト３７の軸方向内側に向けて折り畳み可能に構成されている。

図１は、基材９０を成形するための基材成形装置１００の全体斜視図である。図１に示すように、基材成形装置１００は、板状体８０を加熱する加熱装置４０を備えている。加熱装置４０は、板状体８０をその内部に通過させることで均一に加熱することのできる熱風循環式の加熱炉４２と、その加熱炉４２の内部において板状体８０を搬送することのできる搬送装置５０を備えている。加熱炉４２の内部温度は例えば２００℃に設定されており、板状体８０を加熱して当該板状体８０に含まれる熱可塑性樹脂を溶融させることが可能となっている。

搬送装置５０は、並列に配置され作動が同期化されている２台のチェーンコンベヤ５２ａ、５２ｂによって構成されている。上述したハンガー３０を構成するシャフト３７の両端部は、この２台のチェーンコンベヤ５２ａ、５２ｂにそれぞれ載置されている。これにより、搬送装置５０は、加熱炉４２の内部において板状体８０を吊り下げた状態で搬送することが可能となっている。

加熱炉４２の内部には、板状体８０を予備成形するための予備成形型１０が設置されている。搬送装置５０と予備成形型１０は、加熱炉４２の内部においてオフセット位置に設置されている。ここでいう「オフセット位置」とは、「互いの中心軸が離れた位置」という意味であり、具体的には、搬送装置５０の中心軸と、予備成形型１０の中心軸が水平方向に離れた位置という意味である。

予備成形型１０の下方には、本成形型２０が設置されている。予備成形型１０と本成形型２０は、オフセット位置に配置されている。ここでいう「オフセット位置」とは、「互いの中心軸が離れた位置」という意味であり、具体的には、予備成形型１０の中心軸と、本成形型２０の中心軸が上下方向に離れた位置という意味である。

なお、加熱炉４２は、平面視において略Ｌ字型に形成されており、オフセット位置に配置された搬送装置５０と予備成形型１０をともに収容できるようになっている。本成形型２０は、予備成形型１０の下方であって、かつ、加熱炉４２の外部に設置されている。

基材成形装置１００は、板状体８０を水平方向に移送することのできる水平方向移送機構６０と、板状体８０を上下方向に移送することのできる上下方向移送機構７０を備えている。

水平方向移送機構６０は、水平に設置された金属製の長尺部材からなるスライドレール６２と、スライドレール６２に載置されたハンガー３０を水平方向に押し出すことのできるシリンダ６４によって構成されている。搬送装置５０によって搬送されたハンガー３０は、搬送装置５０の前方側に設置されたスロープ６６を滑り降りた後に、スロープ６６の前方側に設置されたスライドレール６２に載置される。スライドレール６２に載置されたハンガー３０は、シリンダ６４によって水平方向に押し出される。これにより、水平方向移送機構６０は、ハンガー３０によって保持されている板状体８０を水平方向に移送することが可能となっている。

上下方向移送機構７０は、並列に配置された略Ｌ字型の２つの支持アーム７２と、この２つの支持アーム７２を上下方向に駆動することのできるラック・ピニオン機構７４によって構成されている。２つの支持アーム７２は、ハンガー３０を構成するシャフト３７の両端部を下方からそれぞれ支持することが可能である。これにより、上下方向移送機構７０は、ハンガー３０によって保持されている板状体８０を上下方向に移送することが可能となっている。

板状体８０は、搬送装置５０によって搬送されながら加熱炉４２の内部で加熱される（加熱工程）。加熱された板状体８０は、水平方向移送機構６０によって搬送装置５０から予備成形型１０へ移送される。そして、板状体８０は、予備成形型１０を構成する一対の金型１２、１４によってプレスされる（予備成形工程）。

予備成形された板状体８０は、上下方向移送機構７０によって予備成形型１０から本成形型２０へ移送された後に、本成形型２０を構成する一対の金型２２、２４によってプレスされる（本成形工程）。これにより、板状体８０を本成形型２０の型面に対応した形状に成形することが可能であり、所定形状に成形された基材９０を得ることができる。

続いて、本実施形態の作用について説明する。仮に、図１０に示す従来例のハンガー３のように、第２保持部３２を有していない場合には、板状体８０のうち、第１保持部３１に把持された部分の直下付近（図１０の点線で囲んだ領域Ｒ）に、自重により生じる応力が集中する。板状体８０が加熱炉４２内を搬送される過程で、加熱により軟化すると、第１保持部３１の直下付近の応力集中領域Ｒに局所的な伸び変形を生じ、このような局所的な伸びが生じることで、両端部８３にカールするような変形を生じる場合があった。板状体８０の両端部８３がカールするように変形すると、例えば、水平方向移送機構６０や上下方向移送機構７０により移送される際に、移送経路の内壁に板状体８０の変形した部分が引っ掛かり、例えば、基材成形装置１００を一時停止して、引っ掛かりを取り除く必要がある等、基材成形装置１００の生産性を低下させる事態を招いていた。なお、図１０では、加熱される前の、伸び変形していない板状体８０の外形を一点鎖線で示し、伸び変形した後の板状体８０の外形を実線で示している。

一方、本実施形態では、ハンガー３０が第２保持部３２を有していることにより、板状体８０の自重により発生する応力が上縁部８１及び両端部８３に分散され、板状体８０の第１保持部３１の直下付近の局所的な伸び変形自体を抑制することができる。このため、第１保持部３１の直下付近の局所的な伸び変形に起因して生じる、板状体８０の両端部８３をカールさせるように作用する力を小さくすることができる。さらに、両端部８３にそのような力が作用した場合であっても、両端部８３の位置が第２保持部３２により規定されるためそのような変形を抑制することができる。本実施形態では、両端部８３が複数のニードル３４により係止され、両端部８３が基部３３に倣った形状に保たれるため、両端部８３の表裏方向における変形を好適に抑制することができる。

この第２保持部３２による保持は、板状体８０の外周縁、つまり、基材９０とならない領域である両端部８３で行われる。このため、ニードル３４により形成された板状体８０の貫通孔が基材９０に残らず、第２保持部３２で板状体８０を保持することにより基材９０の品質に影響を与える虞がない。また、板状体８０の予備成形工程において、第２保持部３２により両端部８３を保持したまま、板状体８０を金型１２、１４により予備成形することができる。さらに、板状体８０の本成形工程において、金型２２、２４を型閉じする際に板状体８０の外周縁を切り離す場合には、本成形工程において第２保持部３２による板状体８０の保持を解除することも可能となる。具体的には、本成形工程では、まず図６に示されるように、板状体８０（図６では模式的にフラット状に描く）をハンガー３０で保持した状態で金型２２、２４の間に配置する。そして、図７に示すように、金型２２、２４を型閉じして、板状体８０を本成形するとともに、シャー刃２２Ａにより板状体８０の外周縁を切断する。その後、図８に示すように、金型２２、２４を型開きして、エジェクタピン等で押圧して基材９０を脱型するとともに、スクラップリフター等により板状体８０の外周縁を払い出す。この際、板状体８０の外周縁が金型２２から押し出される方向は、ニードル３４が板状体８０の両端部８３を刺す方向と一致しており、板状体８０の外周縁を払い出すことにより板状体８０の両端部８３からニードル３４を抜くことができる。

続いて、本実施形態の効果について説明する。本実施形態によれば、第１保持部３１で板状体８０の上縁部８１を保持することにより、板状体８０の両端部８３がカールするように変形する事態を、板状体８０の両端部８３を第２保持部３２により保持することにより抑制することができる。この結果、板状体８０の両端部８３の変形に起因して、基材成形装置１００に搬送不具合が生じることを抑制でき、基材成形装置１００の生産性を向上することができる。

また、本実施形態では、第２保持部３２は、下方に向けて延出して、板状体８０の両端部８３を保持する保持位置Ｐ１と、保持位置Ｐ１より上方に格納された格納位置Ｐ２と、の間で変位可能に構成されている。このため、ハンガー３０が板状体８０を保持していない状態では、第２保持部３２を格納位置Ｐ２としてハンガー３０をコンパクトに構成し、ハンガー３０の搬送を省スペースで行うことができる。

また、本実施形態では、第２保持部３２は、板状体８０の裏面８０Ｂ側に配される基部３３と、基部３３に立設されるとともに裏面８０Ｂ側から板状体８０を刺すように構成された複数のニードル３４と、を有している。このため、板状体８０を第２保持部３２に近接させることにより、板状体８０にニードル３４を刺して第２保持部３２による保持を行うことができるとともに、板状体８０を第２保持部３２から離間させることにより、板状体８０からニードル３４を抜いて第２保持部３２による保持を解除することができる。このため、第２保持部３２による板状体８０の保持及び保持の解除が容易であり、例えば、これらの動作を自動化し易い。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、搬送装置が２台のチェーンコンベヤによって構成される例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、搬送装置は、シャフトの両端部を載置することで板状体を搬送することが可能な２台のベルトコンベヤによって構成されてもよい。
（２）上記実施形態では、熱風循環式の加熱炉によって板状体を加熱する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、炉内に供給された熱風を循環させることなくそのまま排気する方式の加熱炉によって板状体を加熱してもよい。
（３）上記実施形態では、本成形型が予備成形型の下方に設置される例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本成形型は、予備成形型の側方に並列に設置されてもよい。
（４）上記実施形態では、第２保持部が、基部とニードルを有する構成を例示したが、第２保持部の構成はこれに限られない。第２保持部は、例えば、図９に示すハンガー１３０のように、シャフト３７に設けられた、上下方向に長手状をなすクランプ１３２等であってもよい。また、第２保持部が板状体を係止する態様は、適宜設計可能である。
（５）上記実施形態では、第１保持部が、複数のクランプで構成されるものを例示したが、これに限られない。例えば、第１保持部は、第２保持部のようなニードルを有する構成であってもよい。また、第１保持部が板状体を係止する態様は、適宜設計可能である。
（６）上記実施形態以外にも、保持装置、基材成形装置の構成は適宜変更可能である。例えば、基材成形装置は、基材の成形後に、基材が取り外された空き状態のハンガーを回収するためのハンガー回収装置を更に備えていてもよい。

３０，１３０…ハンガー（保持装置）、３１…第１保持部、３２，１３２…第２保持部、３３…基部、３４…ニードル、８０…板状体、８０Ｂ…裏面（一方の板面）、８１…上縁部、８３…両端部（水平方向両端部）、１００…基材成形装置、Ｐ１…保持位置、Ｐ２…格納位置

Claims (3)

1. 植物性繊維と熱可塑性樹脂を含む材料からなる板状体を吊り下げた状態で加熱しつつ搬送し、所定の形状に成形する基材成形装置であって、
   前記板状体を吊り下げ状態で保持する保持装置を備え、
   前記保持装置は、
   前記板状体の上縁部を保持する第１保持部と、
   前記板状体の水平方向両端部を保持する第２保持部と、を有する基材成形装置。
2. 前記第２保持部は、下方に向けて延出して、前記板状体の前記水平方向両端部を保持する保持位置と、前記保持位置より上方に格納された格納位置と、の間で変位可能に構成されている請求項１に記載の基材成形装置。
3. 前記第２保持部は、前記板状体の一方の板面側に配される基部と、前記基部に立設されるとともに前記一方の板面側から前記板状体を刺すように構成された複数のニードルと、を有する請求項１又は請求項２に記載の基材成形装置。

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