JP2021062562A - 成形体、及び成形体の製造方法 - Google Patents

成形体、及び成形体の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】時間経過とともに発生しうる表皮部材の伸びを抑制し、たわみのおそれが少ない成形体、及び成形体の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の一態様によれば、パネル状の成形体であって、芯材と、表皮部材と、補強部材とを備え、前記表皮部材は、樹脂のシートであり、前記芯材の両面に配置されることで、本成形体の外観を構成し、前記補強部材は、シート又はテープ状に形成され、熱可塑性を有し、前記表皮部材の内面の少なくとも一部に一体溶着化されてなるものが提供される。【選択図】図1

Description

本発明は、成形体、及び成形体の製造方法に関する。
従来から、車両室内の内装材等に利用される成形体が製造されている。このような成形体の中でも、芯材の両面に、樹脂シートである表皮部材が配置されてなるサンドイッチパネルといわれるものが多く用いられている。
特許文献1には、サンドイッチパネルの一例が開示されている。
特開2016−43680号公報
ところで、このような成形体(サンドイッチパネル)は、時間経過とともに表皮部材が繊維方向に伸びてたわんでしまうおそれがある。
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、時間経過とともに発生しうる表皮部材の伸びを抑制し、たわみのおそれが少ない成形体、及び成形体の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、パネル状の成形体であって、芯材と、表皮部材と、補強部材とを備え、前記表皮部材は、樹脂のシートであり、前記芯材の両面に配置されることで、本成形体の外観を構成し、前記補強部材は、シート又はテープ状に形成され、熱可塑性を有し、前記表皮部材の内面の少なくとも一部に一体溶着化されてなるものが提供される。
このような成形体によれば、時間経過とともに発生しうる表皮部材の伸びを抑制し、たわみのおそれが少ない成形体を実現することができる、という有利な効果を奏する。
成形体1の構成を示す断面図である。 図1の分解断面図である。 芯材12に補強部材13を仮留めしてなるインサート部材15の平面図である。 成形体1を製造するための成形機3の態様を示している。 成形体1の製造において、金型71,72が開放された態様を示している。 成形体1の製造において、金型71,72が閉じられた態様を示している。
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴事項について独立して発明が成立する。
1.全体構成
第1節では、本実施形態に係るパネル状の成形体1について説明する。図1は、成形体1の構成を示す断面図である。図2は、図1の分解断面図である。図3は、芯材12に補強部材13を仮留めしてなるインサート部材15の平面図である。
図1及び図2に示されるように、パネル状の成形体1は、表皮部材11と、芯材12と、補強部材13とを備える。以下、各構成について詳細に説明する。
<表皮部材11>
図1及び図2に示されるように、表皮部材11は、樹脂のシートであり、後述の芯材12の両面に配置されることで、本成形体1の外観を構成する。換言すると、成形体1では、表皮部材11における外面111が視認される。また、表皮部材11の内面112には補強部材13が一体溶着化される。具体的には、表皮部材11としては、天然繊維、再生繊維、半合成繊維、合成繊維、及びこれらを混合した繊維を加工して得られる編物、織物、不織布、またはポリ塩化ビニル(PVC)、熱可塑性ポリウレタンエラストマー(TPU)または熱可塑性ポリオレフィンエラストマー(TPO)等の熱可塑性エラストマー(TPE)、ポリエチレンポリオレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂からなる樹脂シート、及びこれらの積層シート、プラスチック製段ボール、ハードボード等から適宜選択可能である。
<芯材12>
芯材12は、例えば、熱可塑性樹脂の発泡体からなるものであり、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等が適宜採用されることが望ましい。また、かかる発泡体には、適宜、ガラス繊維、カーボンファイバー、炭酸カルシウム、タルク、マイカ等の充填材を添加することもできる。
より具体的には、芯材12は、いわゆるビーズ発泡成形により製造された発泡体である。ビーズ発泡成形の特長は、形状を自由に設計できることと、高倍率の発泡成形品が得られることにある。ビーズ発泡成形の工程は、予備発泡、熟成、成形、養生に分けられる。ビーズ発泡成形に用いられるビーズは炭化水素等の物理発泡剤を含浸した小径の樹脂粒子である。発泡剤を含浸させる方法として、ポリスチレンの場合には懸濁重合の際に重合系に発泡剤である炭化水素(ペンタン等)を存在させることで、発泡剤を含んだポリスチレン粒子が得られる。PPやPEの場合には、あらかじめ用意したミニペレットに水中で炭化水素を含浸させる。
芯材12の形成に使用されうる発泡剤としては、公知の物理発泡剤、化学発泡剤及びその混合物が挙げられる。例えば、物理発泡剤としては、空気、炭酸ガス、窒素ガス等の無機系物理発泡剤、及びブタン、ペンタン、ヘキサン、ジクロロメタン、ジクロロエタン等の有機系物理発泡剤を適用できる。また、化学発泡剤としては、例えば、アゾジカルボンアミド(ADCA)、N,N’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン、4,4’−オキシビス(ベンゼンスルホニルヒドラジド)、ジフェニルスルホン−3,3’−ジスルホニルヒドラジド、p−トルエンスルホニルセミカルバジド、トリヒドラジノトリアジン又はアゾビスイソブチロニトリルなどの有機発泡剤、クエン酸、シュウ酸、フマル酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸、ショウノウ酸、エチレンジアミン四酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸、ニトリロ酸などのポリカルボン酸と、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素ナトリウムアルミニウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウム等の無機炭酸化合物の混合物や、クエン酸二水素ナトリウム、シュウ酸カリウム等のポリカルボン酸の塩が無機発泡剤として挙げられる。
なお、芯材12に後述の補強部材13が両面テープ14で仮留めされることで、インサート部材15が構成される。なお、あくまでも製造に際しての仮留めであり、前述の通り、補強部材13は表皮部材11の内面112に一体化溶着されるものである。インサート部材15については、第2節における成形体1の製造方法において、改めて説明する。
<補強部材13>
成形体1においては、補強部材13は、ガラス繊維強化プラスチック、又は炭素繊維強化プラスチックを含む、又はこれらを採用することが好ましい。繊維強化プラスチックを採用していることから、軽量な成形体1を実現することができる。
補強部材13は、シート又はテープ状に形成される。補強部材13は、熱可塑性を有し、補強部材13における表面131が表皮部材11の内面112の少なくとも一部に一体溶着化されてなることに留意されたい。一方で、補強部材13は、その裏面132が芯材12の表面及び裏面の両側で仮留めされるように構成される。なお、図3では、補強部材13が細長のテープ状に形成される例が示されている。このようにテープ状に形成されていることから軽量な成形体1を製造することができる。
また、図3に示されるように、補強部材13は、芯材12の表面における中央線Xに沿って裏面132が芯材12に仮留めされるとよい。換言すると、芯材12の表面における中央線Xに沿って仮留めされることで、中央線Xに沿って表皮部材11に一体溶着化される。補強部材13が表皮部材11に一体溶着化されているため、補強部材13の剛性が表皮部材11にダイレクトに影響し、補強部材13に比して相対的に伸びやすい表皮部材11の強度を強化することができる。これにより表皮部材11の繊維方向の伸びを抑制し、時間の経過とともに発生しうる成形体1のたわみを少なくすることができる、という有利な効果を奏する。
さらに具体的には、補強部材13がUD(Uni−Direction)シート又はUDテープであることが好ましい。これらは、繊維を一方向に引きそろえて熱可塑性樹脂を含浸させたシート又はテープである。UDシート又はUDテープは、長い繊維を使用した繊維強化プラスチックで、繊維が配向する方向の引張強度が高いことに留意されたい。これにより表皮部材11の繊維方向の伸びを顕著に抑制することができる。
成形体1においては、補強部材13の引張弾性率が12GPa以上400GPa以下であることが好ましい。具体的には例えば、12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,50,60,70,80,90,100,110,120,130,140,150,160,170,180,190,200,210,220,230,240,250,260,270,280,290,300,310,320,330,340,350,360,370,380,390,400GPaであり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。
また、成形体1においては、芯材12の厚さをt1、補強部材13の厚さをt2とすると、0.01≦t2/t1≦0.3を満たすことが好ましい(図1参照)。補強部材13はシート状またはテープ状であり、インサート部材15を準備する上で、作業者が簡単に仮留めできる程度に、補強部材13を薄いものにすることが好ましいからである。具体的には例えば、t2/t1の値が0.01,0.015,0.02,0.025,0.03,0.035,0.04,0.045,0.05,0.055,0.06,0.065,0.07,0.075,0.08,0.085,0.09,0.095,0.1,0.105,0.11,0.115,0.12,0.125,0.13,0.135,0.14,0.145,0.15,0.155,0.16,0.165,0.17,0.175,0.18,0.185,0.19,0.195,0.2,0.205,0.21,0.215,0.22,0.225,0.23,0.235,0.24,0.245,0.25,0.255,0.26,0.265,0.27,0.275,0.28,0.285,0.29,0.295,0.3であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。
さらに、成形体1においては、芯材12の幅をw1、補強部材13の幅をw2とすると、0.05≦w2/w1≦0.95を満たすことが好ましい(図3参照)。これはコストとの兼ね合いであり、たわみ防止の効果を高く望む場合は、w2/w1の値を相対的に高くするとよく、コスト削減を考えるのであれば、w2/w1の値を相対的に低くするとよい。具体的には例えば、w2/w1の値が0.05,0.06,0.07,0.08,0.09,0.1,0.11,0.12,0.13,0.14,0.15,0.16,0.17,0.18,0.19,0.2,0.21,0.22,0.23,0.24,0.25,0.26,0.27,0.28,0.29,0.3,0.31,0.32,0.33,0.34,0.35,0.36,0.37,0.38,0.39,0.4,0.41,0.42,0.43,0.44,0.45,0.46,0.47,0.48,0.49,0.5,0.51,0.52,0.53,0.54,0.55,0.56,0.57,0.58,0.59,0.6,0.61,0.62,0.63,0.64,0.65,0.66,0.67,0.68,0.69,0.7,0.71,0.72,0.73,0.74,0.75,0.76,0.77,0.78,0.79,0.8,0.81,0.82,0.83,0.84,0.85,0.86,0.87,0.88,0.89,0.9,0.91,0.92,0.93,0.94,0.95であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。
2.成形体1の製造方法
第2節では、成形体1の製造方法について説明する。図4は、成形体1を製造するための成形機3の態様を示している。図5は、成形体1の製造において、金型71,72が開放された態様を示している。図6は、成形体1の製造において、金型71,72が閉じられた態様を示している。
2−1.成形機3の構成
成形機3は、樹脂供給装置4と、Tダイ5と、一対の金型71,72を備える。樹脂供給装置4は、ホッパー41と、押出機42と、アキュームレータ45とを備える。押出機42とアキュームレータ45は、連結管61を介して連結される。アキュームレータ45とTダイ5は、連結管62を介して連結される。以下、各構成について詳細に説明する。
<ホッパー41、押出機42>
ホッパー41は、原料樹脂Mを押出機42のシリンダ43内に投入するために用いられる。原料樹脂Mの形態は、特に限定されないが、通常は、ペレット状である。原料樹脂Mは、ホッパー41からシリンダ43内に投入された後、シリンダ43内で加熱されることによって溶融されて溶融樹脂になる。また、シリンダ43内に配置されたスクリューの回転によってシリンダ43の先端に向けて搬送される。スクリューは、シリンダ43内に配置され、その回転によって溶融樹脂を混練しながら搬送する。スクリューの基端にはギア装置が設けられており、ギア装置によってスクリューが回転駆動される。シリンダ43内に配置されるスクリューの数は、1本でもよく、2本以上であってもよい。
<アキュームレータ45、Tダイ5>
溶融樹脂と発泡剤が溶融混練されてなる発泡樹脂M2は、シリンダ43の樹脂押出口から押し出され、連結管61を通じてアキュームレータ45内に注入される。アキュームレータ45は、シリンダ46とその内部で摺動可能なピストン47を備えており、シリンダ46内に溶融された発泡樹脂M2が貯留可能になっている。そして、シリンダ46内に発泡樹脂M2が所定量貯留された後にピストン47を移動させることによって、連結管62を通じて発泡樹脂M2をTダイ5内に設けられたスリットから押し出して垂下させて一対の樹脂シート21,22を形成する。
<一対の金型71,72>
一対の樹脂シート21,22は、一対の金型71,72間に導かれる。一対の金型71,72には、それぞれ多数の減圧吸引孔(不図示)が設けられており、樹脂シート21,22を減圧吸引して一対の金型71,72に沿った形状に賦形することが可能になっている。金型71,72は、凹部71c,72cを有する形状になっており、凹部71c,72cを取り囲むようにピンチオフ部71p,72pが設けられている。後述の型締工程において、ピンチオフ部71p,72pによって樹脂シート21,22が食い切られる。
2−2.製造方法の流れ
成形体1の製造方法は、準備工程と、垂下工程と、配置工程と、成形工程とを備える。以下、詳細に説明する。
<準備工程>
準備工程では、芯材12の両面の少なくとも一部に補強部材13を仮留めする。具体的には、図3に示されるように、発泡体であってパネル形状の芯材12の表面及び裏面の少なくとも一方に繊維強化プラスチックを含む補強部材13を両面テープ14で仮留めすることで、インサート部材15が構成される。
<垂下工程>
垂下工程では、溶融状態の2本の樹脂シート21,22を一対の金型71,72間に垂下させる。具体的には、図4に示されるように、準備工程で用意されたインサート部材15を、一対の金型71,72間に配置し、さらに図5に示されるように、インサート部材15の両面に2つの樹脂シート21,22を垂下させる。
そして、一対の金型71,72間に、溶融状態の発泡樹脂M2をTダイ5のスリットから押し出して垂下させて形成した一対の樹脂シート21,22を垂下する。本実施形態では、Tダイ5から押し出された一対の樹脂シート21,22をそのまま使用するダイレクト真空成形が行われるので、一対の樹脂シート21,22は、成形前に室温にまで冷却されて固化されることがなく、固化された一対の樹脂シート21,22が成形前に加熱されることもない。ここで、図4では、垂下工程中において、一対の樹脂シート21,22の間にインサート部材15を図示しているが、垂下工程では、インサート部材15を他の場所に待機させておいてもよい。
<賦形工程>
次に、賦形工程では、一対の樹脂シート21,22をそれぞれ一対の金型71,72の一部に当接させた後、一対の金型71,72の両方によって2枚の樹脂シート21,22を減圧吸引して一対の金型71,72に沿った形状に賦形する。
<配置工程>
次に、配置工程では、樹脂シート21,22の間に芯材12及びこれに仮留めされた補強部材13を配置する。そして、インサート部材15を一対の樹脂シート21,22に溶着させる。
<成形工程>
最後に、成形工程では、一対の金型71,72を型締めし、その後これを開放することで、2本の樹脂シート21,22が表皮部材11となるとともに、補強部材13が表皮部材11と一体溶着化して成形体1が製造される。具体的には、図6に示されるように、一対の金型71,72を型締めする。すなわち、インサート部材15が2つの樹脂シート21,22に挟まれた位置に配置される。これによって、樹脂シート21,22が、図1に示される成形体1における表皮部材11となる。これとともに、成形時の熱によって、熱可塑性を有する補強部材13の表面131が表皮部材11の内面112に溶着して一体化される。最後に、一対の金型71,72から成形体を取り出し、バリ25を除去することによって、図6に示される成形体1が得られる。
3.変形例
第3節では、成形体1に係る変形例について説明する。すなわち、下記のような態様によって成形体1や成形体1を実施してもよい。
表皮部材11に補強部材13が一体溶着化されていれば、補強部材13の個数、配置、形状等は限定されない。以下に様々な例を示す。もちろん、これらに限定されるものではない。
(1)芯材12の中央線Xから離れた位置において2本の補強部材13が表皮部材11に一体溶着化されてもよい。
(2)芯材12の2本の対角線に沿って2本の補強部材13が表皮部材11に一体溶着化されてもよい。
(3)図3では長手方向にテープ状の補強部材13が仮留めされ且つ一体溶着化されているが、これに代えて又はこれとともに短手方向にも補強部材13が仮留めされ且つ一体溶着化されてもよい。
(4)図3では、仮留めの際に、長手方向において、芯材12の長さと補強部材13の長さが略同一となっているが、芯材12の長さよりも補強部材13の長さを短くしてもよい。ただし、たわみの防止効果は略同一とするよりも低くなることに留意されたい。
芯材12は、ビーズ発泡成形による発泡体に代えてハニカム構造体であってもよい。
両面テープ14は、補強部材13を芯材12に仮留めするにあたっての一例に過ぎず、接着剤や養生テープを上から貼り付けるようにして、仮留めを行ってもよい。
4.結言
このように、時間経過とともに発生しうる表皮部材の伸びを抑制し、たわみのおそれが少ない成形体、及び成形体の製造方法を提供することができる。
次に記載の各態様で提供されてもよい。
前記成形体において、前記補強部材は、細長のテープ状に形成され、前記芯材の中央線に沿って前記表皮部材に一体溶着化されるもの。
前記成形体において、前記芯材の厚さをt1、前記補強部材の厚さをt2とすると、0.01≦t2/t1≦0.3を満たすもの。
前記成形体において、前記芯材の幅をw1、前記補強部材の幅をw2とすると、0.05≦w2/w1≦0.95を満たすもの。
前記成形体において、前記補強部材は、ガラス繊維強化プラスチック、又は炭素繊維強化プラスチックを含むもの。
前記成形体において、前記補強部材の引張弾性率が12GPa以上400GPa以下であるもの。
前記成形体において、前記補強部材は、前記芯材の表面及び裏面の両側で仮留めされるように構成されるもの。
前記成形体の製造方法であって、準備工程と、垂下工程と、配置工程と、成形工程とを備え、前記準備工程では、前記芯材の両面の少なくとも一部に前記補強部材を仮留めし、前記垂下工程では、溶融状態の2本の樹脂シートを一対の金型間に垂下させ、前記配置工程では、前記2本の樹脂シートの間に前記芯材及びこれに仮留めされた前記補強部材を配置し、前記成形工程では、前記一対の金型を型締めし、その後これを開放することで、前記2本の樹脂シートが前記表皮部材となるとともに、前記補強部材が前記表皮部材と一体溶着化して前記成形体を製造する方法。
もちろん、この限りではない。
最後に、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1 :成形体
11 :表皮部材
111 :外面
112 :内面
12 :芯材
13 :補強部材
131 :表面
132 :裏面
15 :インサート部材
21 :樹脂シート
22 :樹脂シート
25 :バリ
3 :成形機
4 :樹脂供給装置
41 :ホッパー
42 :押出機
43 :シリンダ
45 :アキュームレータ
46 :シリンダ
47 :ピストン
5 :Tダイ
61 :連結管
62 :連結管
71 :金型
71c :凹部
71p :ピンチオフ部
72 :金型
72c :凹部
72p :ピンチオフ部
M1 :原料樹脂
M2 :発泡樹脂
X :中央線

Claims (8)

  1. パネル状の成形体であって、
    芯材と、表皮部材と、補強部材とを備え、
    前記表皮部材は、
    樹脂のシートであり、
    前記芯材の両面に配置されることで、本成形体の外観を構成し、
    前記補強部材は、
    シート又はテープ状に形成され、
    熱可塑性を有し、前記表皮部材の内面の少なくとも一部に一体溶着化されてなるもの。
  2. 請求項1に記載の成形体において、
    前記補強部材は、
    細長のテープ状に形成され、
    前記芯材の中央線に沿って前記表皮部材に一体溶着化されるもの。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の成形体において、
    前記芯材の厚さをt1、前記補強部材の厚さをt2とすると、
    0.01≦t2/t1≦0.3
    を満たすもの。
  4. 請求項1〜請求項3の何れか1つに記載の成形体において、
    前記芯材の幅をw1、前記補強部材の幅をw2とすると、
    0.05≦w2/w1≦0.95
    を満たすもの。
  5. 請求項1〜請求項4の何れか1つに記載の成形体において、
    前記補強部材は、ガラス繊維強化プラスチック、又は炭素繊維強化プラスチックを含むもの。
  6. 請求項1〜請求項5の何れか1つに記載の成形体において、
    前記補強部材の引張弾性率が12GPa以上400GPa以下であるもの。
  7. 請求項1〜請求項6の何れか1つに記載の成形体において、
    前記補強部材は、前記芯材の表面及び裏面の両側で仮留めされるように構成されるもの。
  8. 請求項1〜請求項7の何れか1つに記載の成形体の製造方法であって、
    準備工程と、垂下工程と、配置工程と、成形工程とを備え、
    前記準備工程では、前記芯材の両面の少なくとも一部に前記補強部材を仮留めし、
    前記垂下工程では、溶融状態の2本の樹脂シートを一対の金型間に垂下させ、
    前記配置工程では、前記2本の樹脂シートの間に前記芯材及びこれに仮留めされた前記補強部材を配置し、
    前記成形工程では、前記一対の金型を型締めし、その後これを開放することで、前記2本の樹脂シートが前記表皮部材となるとともに、前記補強部材が前記表皮部材と一体溶着化して前記成形体を製造する方法。
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