JP5638158B1 - コルゲート構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な構成により縦横の強度のみらならず座屈強度も向上する。【解決手段】断面が山部と谷部とが交互に形成された波型形状で、表面において複数の第１の穴が千鳥状に、かつ、所定のピッチで穿設されたコルゲートシートと、コルゲートシートの裏面に接着された平板状のライナーシートとよりなる積層体シートを得た後、適当な大きさに裁断する。裁断して得られた２枚の積層体シートのコルゲートシート側を互いに対向させ、かつ、断面波型の波進行方向を直交させて重ねて接着する直交重ね工程を行い、２枚の積層体シートが積層された本実施形態のコルゲート構造体を得る。【選択図】図１

Description

本発明はコルゲート構造体及びその製造方法に係り、特にライナーシートと断面波型状のコルゲートシートとを積層したコルゲート構造体及びその製造方法に関する。

中芯と呼ばれる断面が波型形状であるコルゲートシート（波型シートともいう）の表面及び裏面の両方あるいは一方に平板状のライナーシートを積層した構造のコルゲート構造体は従来から種々の用途に使用されており、例えば段ボールとして広く用いられている。この種の段ボールは、ライナーシートとコルゲートシートによって形成される筒状部の長さ方向と直交する方向に対する曲げ強度は強いが、上記長さ方向に平行な方向に対する曲げ強度がかなり弱いという、いわゆる強度方向性の問題がある。現在流通しているプラスチック製のダンプレート箱も同様である。

そこで、上記の問題を解決すべく、平板状の２枚のライナーシートの間に、波進行方向が互いに直交する２枚のコルゲートシートを積層した構造の段ボールが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１記載の段ボールによれば、中芯を構成する２枚の波型状のコルゲートシートの波進行方向が直交しているので、上記の強度方向性を改善できる。

また、段ボールではないが、板材についても上記の強度方向性を改善した板材が現在市場に出回っている。例えば、円錐台形状の山が千鳥格子に配置された２枚のポリプロピレンシートの頂点同士を密着させ、円形の底面側のそれぞれに面材を張り合わせた中空構造体（商品名「ツインコーン」：日東エクシモ株式会社製）が知られている。また、多数の円柱部分が表面に密接してかつ規則的に配列された第１のシートと、その第１のシートの表面を覆う第２のシートとからなる、空気を密封した３層構造の中空積層板（「プラパール」（登録商標）：川上産業株式会社製）も知られている。

特開２０１３−４９２７５号公報

しかるに、上記の特許文献１記載の段ボールは縦横の強度を確保できるものの、座屈強度が弱いという問題がある。市場に出回っている上記の中空構造体や中空積層板も同様である。また、上記の段ボールや中高構造体や中空積層板は、いずれも比較的高価であるという問題もある。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、縦横の強度のみらならず座屈強度も向上した安価な構成のコルゲート構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明のコルーゲート構造体は上記の目的を達成するため、断面が山部と谷部とが交互に形成された波型形状で、表面において複数の第１の穴が千鳥状に、かつ、所定のピッチで穿設された第１のコルゲートシートと、第１のコルゲートシートの裏面に接着された平板状の第１のライナーシートとよりなる第１の積層体シートと、断面が山部と谷部とが交互に形成された波型形状で、表面において複数の第２の穴が千鳥状に、かつ、所定のピッチで穿設された第２のコルゲートシートと、第２のコルゲートシートの裏面に接着された平板状の第２のライナーシートとよりなる第２の積層体シートと、を備え、
第１及び第２のコルゲートシートを波型形状の波進行方向が互いに直交になるように対向配置し、第１のコルゲートシートの第１の穴が穿設されていない部分を第２のコルゲートシートの第２の穴にはめ込み、かつ、第２のコルゲートシートの第２の穴が穿設されていない部分を第１のコルゲートシートの第１の穴にはめ込んだ状態で、第１及び第２のライナーシートを第１及び第２のコルゲートシート方向に押圧固定してなる、第１及び第２の積層体シートが積層された構造であることを特徴とする。

また、本発明のコルゲート構造体の製造方法は、上記の目的を達成するため、シート部材に用途に応じた所望形状で所定の大きさの穴を所定のピッチ（間隔）で穿設する穴開け工程と、穴が穿設されたシート部材に対してコルゲート加工を施して、断面が山部と谷部とが交互に形成されたコルゲートシートを得ると共に、そのコルゲートシートの裏面とライナーシートの表面が接着された積層体シートを作成する積層体シート作成工程と、積層体シート作成工程で作成された積層体シートを裁断して所望の大きさの第１及び第２の積層体シートを得る裁断工程と、第１及び第２の積層体シートの各コルゲートシートを波型形状の波進行方向が互いに直交するように対向配置し、互いに一方の積層体シートのコルゲートシートの穴が穿設されていない山部を、他方の積層体シートのコルゲートシートの穴に嵌め込んだ状態で、第１及び第２の積層体シートをそれぞれのライナーシート側からコルゲートシート側へ押圧して固定して、第１及び第２の積層体シートが積層されたコルゲート構造体を作成する直交重ね工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、安価な構成により縦横の強度のみらならず座屈強度も大幅に向上できる。

本発明のコルゲート構造体の製造方法の一実施形態のフローチャートである。 コルゲート加工機の要部の一例の概略構成図である。 積層体シートの一例の断面図である。 積層体シートを構成するコルゲートシートの一例の平面図及び断面図である。 積層体シートを構成するコルゲートシートの他の例の平面図である。 本発明のコルゲート構造体の一実施形態の概略断面図である。 直交重ね工程において２枚の積層体シートを直交重ねする直前の状態の一実施例の斜視図である。 本発明のコルゲート構造体の実施例と従来例の座屈試験結果を示すグラフである。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明になるコルゲート構造体の製造方法の一実施形態のフローチャートを示す。まず、長尺のテープ状のシート部材に、公知の打ち抜き装置により、用途に応じた所望形状で所定の大きさの穴を所定のピッチ（間隔）で穿設する（ステップＳ１）。シート部材の素材は、各種紙素材（厚紙、塗工紙、再生紙など）、プラスチック製品（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、あるいはこれらの共重合体）、金属板（アルミニウム、鉄など）等の熱可塑性やコルゲート加工性のある素材が目的などに応じて好ましく用いられる。穿設された穴の位置は、一例として千鳥状に配置される。

続いて、穴が開けられたシート部材に対するコルゲート加工と、コルゲート加工後のシート（以下、これをコルゲートシートという）とライナーシートとの接着を、コルゲート加工機により同時に行う（ステップＳ２）。図２は、上記のコルゲート加工機の要部の一例の概略構成図を示す。同図において、コルゲート加工機１は、それぞれ円筒状で外周面に歯車部が形成された第１のコルゲート成形ローラ２及び第２のコルゲート成形ローラ３と、円筒状で表面が平坦なローラ４とを有し、更に図示しないシート巻き取り機構やシート繰り出し機構などを備える。

第１のコルゲート成形ローラ２は円筒軸を回転軸として反時計方向に、第２のコルゲート成形ローラ３は円筒軸を回転軸として時計方向に、それぞれ互いに同期して一定速度で回転するとともに、互いに歯車部が一点で噛合している。また、ローラ４は、円筒軸を回転軸として反時計方向に一定速度で回転するとともに、その外周面の一部が第２のコルゲート成形ローラ３の歯車部とＣに示す位置で接触している。

長尺の穴開き済みのシート部材５は、その長手方向の矢印Ａ方向に走行して回転するコルゲート成形ローラ２及び３の互いに噛合する歯車部により、断面が一定ピッチの波型形状のコルゲート加工が施されてコルゲートシートとされた後、ローラ４の表面の位置Ｃに至る。一方、ローラ４には表面に接着剤が塗布された長尺のライナーシート６が、接着剤が塗布された方を上側にしてローラ４の外周面に当接しつつ矢印Ｂ方向へ走行して上記位置Ｃに至る。

位置Ｃは第２のコルゲート成形ローラ３の歯車部とローラ４との接触位置であるため、この位置Ｃにおいてコルゲート加工後の穴開き済みのコルゲートシートと、ライナーシート６とが上記接着剤により接着されて、ライナーシート６の表面にコルゲートシートが積層された積層体シート７が形成される。この積層体シート７は位置ＣからＤ方向に走行しながら繰り出される。なお、ライナーシート６の素材は、例えば、各種紙素材（厚紙、塗工紙、再生紙など）、プラスチック製品（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、あるいはこれらの共重合体）、金属板（アルミニウム、鉄など）等の熱可塑性やコルゲート加工性のある素材が目的などに応じて好ましく用いられる。上記の素材であればコルゲートシートとライナーシート６の素材は同一でもよく、異なっていてもよい。

図３は、積層体シートの一例の断面図を示す。同図において、図２とともに説明した積層体シート７は、コルゲート加工により山部８と谷部９とが交互に一定ピッチでシート部材５の長手方向に形成された、断面が波型形状のコルゲートシート１０が、ライナーシート６の表面に接着された構造である。ここで、コルゲートシート１０の断面の波型の波高の中心線より上側を山部８、下側を谷部９とし、かつ、後述するライナーシート６と接着される側を谷部９と呼ぶものとし、また谷部９がある方をコルゲートシートの裏面と呼ぶものとする。穴１１は、一定間隔で谷部９の一部分を残して断続的に穿設されている。

図４（Ａ）は、積層体シートを構成するコルゲートシートの一例の平面図、同図（Ｂ）は断面の波進行方向に沿う断面図、同図（Ｃ）は断面の波進行方向に直交する方向の断面図を示す。図２及び図３に示した積層体シート７を構成するライナーシート６上のコルゲートシート１０は、図４（Ａ）の平面図に示すように、シート部材５に楕円形の穴１１が千鳥状に穿設され、かつ、同図（Ｂ）の断面図に示すように、シート部材５の長手方向に対して山の斜面の長さｈの山部８と谷部９とが交互に形成された波型形状の構成である。

図４（Ａ）に示すように、穴１１は、シート部材５の長手方向を長軸とし、幅方向を短軸とする楕円形で、短軸の値をＷとすると、シート部材５の幅方向に対して２Ｗの周期で断続的に形成され（換言すると、一定間隔Ｗおき毎に形成され）、シート部材５の長手方向に対しては谷部９の一部分を残して山の斜線の長さをｈとする一定ピッチで断続的に穿設されている。穴１１は、全体として千鳥状に（換言すると、シート部材５の長手方向に断続的に、かつ、幅方向にも断続的に）配置されている。また、図４（Ｃ）の断面図に示すように、コルゲートシート１０は断面の波進行方向に直交する方向においては、穴１１が一定間隔で設けられ、かつ、山部８の頂点の高さと、谷部９の頂点の高さとがそれぞれ一定の形状である。

図５は、積層体シートを構成するコルゲートシートの他の例の平面図を示す。図５に示すコルゲートシート１５は、図４に示したコルゲートシート１０の楕円形の穴１１に代えて菱形の穴１６を千鳥状に穿設したもので、穴の形状以外の構成はコルゲートシート１０と同様である。すなわち、図５に示すコルゲートシート１５の断面形状は、図４に示したコルゲートシート１０の断面形状と同様であるので、図５では図示を省略したが、山部１２と谷部１３とが一定間隔で交互に長手方向に形成された波型形状を示す。

なお、穴の形状はシート部材５の幅方向のピッチＷとシート部材５の長手方向の山の斜面の長さｈとを合わせれば基本的にはどのような形状でもよいが、穴の面積が大きくなればなるほど座屈強度は低下するので、図４のような楕円形や図５のような菱形が好ましく用いられる。

再び図１に戻って説明する。本実施形態では上記の積層体シート７を形成した後、目的に応じて長尺の積層体シート７を適当な大きさに裁断する（ステップＳ３）。続いて、裁断して得られた２枚の積層体シートのコルゲートシート側を互いに対向させ、かつ、断面波型の波進行方向を直交させて重ねて接着する直交重ね工程を行い、２枚の積層体シートが積層された本実施形態のコルゲート構造体を得る（ステップＳ４）。

なお、ステップＳ４の直交重ね工程においては、互いに一方の積層体シートのコルゲートシートの穴の開いていない山部を他方の積層体シートのコルゲートシートの穴に嵌め込んだ状態で２枚の積層体シートを両側から押圧する。このとき、２枚の積層体シートのそれぞれのコルゲートシートの表面には、ホットメルト接着剤やエマルジョンが塗布されており、上記の直交重ね工程により、２枚の積層体シートはそれぞれのコルゲートシート同士が上記の直交重ね状態で接着される。

図６は、上記の製造方法で製造された本発明のコルゲート構造体の一実施形態の概略断面図を示す。同図において、コルゲート構造体１８は、２枚の積層体シート７−１及び７−２のコルゲートシート同士が対向され、かつ、その断面波型の波進行方向が直交されており、一方の積層体シート７−１の穴１１−１内に他方の積層体シート７−２の山部８−２が嵌め込まれると共に、他方の積層体シート７−２の穴１１−２内に一方の積層体シート７−１の山部８−１が嵌め込まれた状態で接着された構造体である。

図７は、直交重ね工程において２枚の積層体シートを直交重ねする直前の状態の一実施例の斜視図を示す。同図において、第１の積層体シート２０−１はライナーシート２１−１の表面にコルゲートシート２２−１が積層されている。第２の積層体シート２０−２はライナーシート２１−２の表面にコルゲートシート２２−２が積層されている。山部２３−１と谷部２４−１とが交互に形成された断面波型形状のコルゲートシート２２−１と、山部２３−２と谷部２４−２とが交互に形成された断面波型形状のコルゲートシート２２−２とは波進行方向が直交している。

すなわち、コルゲートシート２２−１の山部２３−１と谷部２４−１とが交互に現れる波進行方向と、コルゲートシート２２−２の山部２３−２と谷部２４−２とが交互に現れる波進行方向とが直交している。図７は、山部２３−１に穿設された穴２５−１内に山部２３−２が嵌め込まれ、かつ、山部２３−２に穿設された穴２５−２内に山部２３−１が嵌め込まれる直前の状態を示している。

次に、本発明に係るコルゲート構造体の試験結果について説明する。図６の断面図に示した本発明のコルゲート構造体で、山部の斜面の長さｈが１０ｍｍである試験片Ａ−１及びＡ−２と、山部の斜面の長さｈが５ｍｍである試験片Ａ−３を用意した。試験片Ａ−１とＡ−３とは、図４に示したコルゲートシートに楕円形の穴１１が穿設された本発明の一実施形態のコルゲート構造体の試験片、試験片Ａ−２は、図５に示したコルゲートシートに菱形の穴１６が穿設された本発明の他の実施形態のコルゲート構造体の試験片である。試験片Ａ−１〜Ａ−３のコルゲートシートは厚さ０.３ｍｍのポリエチレンシート、ライナーシートは板紙である。

また、比較例として１枚のコルゲートシートと１枚のライナーシートとを積層した、いわゆるシングルタイプの従来のコルゲート構造体の試験片Ｂ（山部の斜面の長さ１０ｍｍ）と、厚さ４.２ｍｍの段ボールの試験片とを用意した。試験片Ｂは、厚さ０.３ｍｍのポリエチレンシートであるコルゲートシートと、板紙であるライナーシートとからなるコルゲート構造体で、その素材は試験片Ａ−１〜Ａ−３と同じである。

そして、これらの各試験片について、シート平面（これをＸ−Ｙ面とする）と直交する２つの平面（Ｘ−Ｚ面及びＹ−Ｚ面）上の縦方向（すなわちＸ軸方向）及び横方向（すなわちＹ軸方向）から、加圧速度３０ｍｍ／ｍｉｎで加圧したときの試験結果を表１に示す。なお、試験片Ｂについてはコルゲートシートの断面の波進行方向を横方向としている。

表１から分かるように、従来の試験片Ｂや段ボールでは縦横の強度比が２３％程度と強度方向性の問題があるのに対し、本発明のコルゲート構造体の試験片Ａ−１、Ａ−２及びＡ−３では、縦横の強度比が８０％以上であり、強度方向性の問題が大幅に改善されていることが確かめられた。

次に、本発明のコルゲート構造体の一実施例の試験片Ａ−４と従来のコルゲート構造体の一例の試験片Ｂ−４について行った平面座屈試験について説明する。ここで、試験片Ａ−４は、コルゲートシートがポリプロピレンメッシュ構造で、その山部の斜面の長さが１０ｍｍ、穴の平面形状が菱形であり、ライナーシートが板紙であるコルゲート構造体である。一方、比較例の試験片Ｂ−４は、前記試験片Ｂと同様構成のシングルタイプのコルゲート構造体である。

図８は、平面座屈試験の一例の試験結果のグラフを示す。平面座屈試験は、試験片の平面の上面と底面の両方から試験片を３０ｍｍ／ｍｉｎの加圧速度で圧縮するように加圧することで行われた。本発明の試験片Ａ−４については図８にIで示す試験結果の特性が得られ、Ａ４で示すように距離１０ｍｍで１９０ｋｇのピークが得られた。一方、従来の試験片Ｂ−４については図８にIIで示す試験結果の特性が得られ、Ｂ４で示すように距離２ｍｍで１３３ｋｇのピークが得られる試験結果が得られた。この平面座屈試験の試験結果を表２に示す。

つまり、垂直方向に３０ｍｍ／ｍｉｎの加圧速度で加圧していき、従来の試験片Ｂ−４では、２ｍｍ動いたところで１３３ｋｇであり、その後は加圧の力に耐えられなくなるのに対し、本発明の試験片Ａ−４では、６.５ｍｍ動いたところで最初のピークを迎えるが、その後は更に強い加圧の力に抗して１９０ｋｇの力により１０ｍｍ動くまで支えることができる。従って、本発明のコルゲート構造体は従来のシングルタイプのコルゲート構造体に比べて座屈強度を大幅に改善されていることが確認された。

なお、素材が板紙である２枚のライナーシートの間に、厚さ０.３ｍｍのポリエチレンシートからなる波進行方向が互いに直交する２枚のコルゲートシートを積層した特許文献１記載の構造体について上記の平面座屈試験を行ったところ、平面座屈試験のグラフの形状が上記の試験片Ｂ−４とほぼ同様で、ピークも１４０.６ｋｇであり、試験片Ｂ−４のそれ（１３３ｋｇ）とあまり変わらなかった。すなわち、１組のコルゲート構造体をコルゲートの波進行方向を直交させて２組積層した構造の特許文献１に記載の段ボールは縦横の強度は確保できるが、座屈強度はシングルタイプのコルゲート構造体の試験片Ｂ−４とあまり変わらず、座屈強度の向上にはつながらないという比較結果が得られた。更に、特許文献１に記載の段ボールはコルゲート構造体を２組積層することにより、厚みがシングルタイプに比べて２倍になる不利な点を有する。

このように、本発明のコルゲート構造体は、従来のシングルタイプのコルゲート構造体や、特許文献１記載の段ボールに比べて座屈強度を大幅に改善することができる。

なお、本発明は以上の実施形態や実施例に限定されるものではなく、例えば、コルゲート構造体は２枚の積層体シートを接着して構成するように説明したが、ビス止め固定することも可能である。また、コルゲート加工以外に、穴開け済みのシート部材をプリーツ加工してもよい。更に、コルゲートシートの断面の波型形状は、図３及び図４（Ｂ）では図示の便宜上、波型の波高の中心線より上側の山部と下側の谷部の両方の幅が等しい正弦波状としているが、これに限定されるものではなく、例えば山部の幅が谷部の幅よりも長い非対称の波型形状であってもよい。

本発明のコルゲート構造体は、軽量で縦横の両方向に強度を必要とする建材や輸送箱などに利用可能である。また、面強度を必要とする床材や畳資材に応用可能である。また、本発明のコルゲート構造体は、縦方向と横方向に交差している特徴を生かした、今までにはないエアーフィルタなどのフィルタ関連にも展開が見込まれる。本発明のコルゲート構造体は、コルゲート素材として鉄などの金属の選択により、建造物や車両などにも利用範囲を拡大できる可能性を秘めている。

５ 穴開き済みのシート部材
６、２１−１、２１−２ ライナーシート
７、２０−１、２０−２ 積層体シート
８、１２、２３−１、２３−２ 山部
９、１３、２４−１、２４−２ 谷部
１０、１５、２２−１、２２−２ コルゲートシート
１１ 楕円形の穴
１６ 菱形の穴
１８ コルゲート構造体
２５−１、２５−２ 穴

Claims (6)

1. 断面が山部と谷部とが交互に形成された波型形状で、表面において複数の第１の穴が千鳥状に、かつ、所定のピッチで穿設された第１のコルゲートシートと、前記第１のコルゲートシートの裏面に接着された平板状の第１のライナーシートとよりなる第１の積層体シートと、
   断面が山部と谷部とが交互に形成された波型形状で、表面において複数の第２の穴が千鳥状に、かつ、前記所定のピッチで穿設された第２のコルゲートシートと、前記第２のコルゲートシートの裏面に接着された平板状の第２のライナーシートとよりなる第２の積層体シートと、
   を備え、
   前記第１及び第２のコルゲートシートを前記波型形状の波進行方向が互いに直交になるように対向配置し、前記第１のコルゲートシートの前記第１の穴が穿設されていない部分を前記第２のコルゲートシートの前記第２の穴にはめ込み、かつ、前記第２のコルゲートシートの前記第２の穴が穿設されていない部分を前記第１のコルゲートシートの前記第１の穴にはめ込んだ状態で、前記第１及び第２のライナーシートを前記第１及び第２のコルゲートシート方向に押圧固定してなる、前記第１及び第２の積層体シートが積層された構造であることを特徴とするコルゲート構造体。
2. 前記第１及び第２の穴は、平面形状が楕円形又は菱形であることを特徴とする請求項１記載のコルゲート構造体。
3. 前記第１及び第２のコルゲートシートは、それぞれの表面同士が接着剤により接着されていることを特徴とする請求項１又は２記載のコルゲート構造体。
4. シート部材に用途に応じた所望形状で所定の大きさの穴を所定のピッチ（間隔）で穿設する穴開け工程と、
   前記穴が穿設された前記シート部材に対してコルゲート加工を施して、断面が山部と谷部とが交互に形成された波型形状のコルゲートシートを得ると共に、そのコルゲートシートの裏面とライナーシートの表面が接着された積層体シートを作成する積層体シート作成工程と、
   前記積層体シート作成工程で作成された前記積層体シートを裁断して所望の大きさの第１及び第２の積層体シートを得る裁断工程と、
   前記第１及び第２の積層体シートの各コルゲートシートを前記波型形状の波進行方向が互いに直交するように対向配置し、互いに一方の積層体シートのコルゲートシートの前記穴が穿設されていない山部を、他方の積層体シートのコルゲートシートの前記穴に嵌め込んだ状態で、前記第１及び第２の積層体シートをそれぞれのライナーシート側からコルゲートシート側へ押圧して固定して、前記第１及び第２の積層体シートが積層されたコルゲート構造体を作成する直交重ね工程と
   を含むことを特徴とするコルゲート構造体の製造方法。
5. 前記穴開け工程で穿設された前記穴は、平面形状が楕円形又は菱形であることを特徴とする請求項４記載のコルゲート構造体の製造方法。
6. 前記第１及び第２の積層体シートの各コルゲートシートは、それぞれの表面同士が接着剤により接着されていることを特徴とする請求項４又は５記載のコルゲート構造体の製造方法。