JP5916649B2 - エスカレーター用移動手摺製造装置 - Google Patents

Description

この発明は、エスカレーター用移動手摺製造装置に関するものである。

特許文献１では、熱可塑性樹脂と植物系充填材とからなる熱可塑性複合材料を混練した均質材料を固化押出成形するに際して、反り、捻れの無い押出成形品を製造する技術が提案されている。
又、特許文献２では、複合材料（布、樹熱可塑性樹脂)の異形押出成形品の形状に湾曲部を形成する際、平坦部と湾曲部の冷却スピードが異なるようにすることで、湾曲部において安定した凸部形状が得られる技術、具体的には寸法成形治具を２軸方向に４分割しそれぞれの温度を異なる温度(１６０℃以上)で一定に保つ技術が提案されている。

特開２００２−２１０７９９号公報 特開２００６−２３１８０５号公報

従来の押出成形加工において、冷却固化時間は、長ければより安定な成形形状品質が確保できることは自明であったが、現実的な製造方法として、所要の生産性（高速化）を維持する一方で、例えば、吐出圧、溶融温度、材料の熱特性など幾つかの冷却固化プロセス量とのトレードオフを図ってきた。
この発明が対象とするエスカレーター用移動手摺に係る押出成形品は、異材料で構成され、かつ仕上がり形状も異形であるため、熱特性の異なる組成で構成される成形部材が、一括して熱冷却させられることになり、成形品内部で凝縮固化速度にばらつきが生じることは避けられず、凝縮後の形状を設計どおりにするのが難しかった。
又、従来から異形押出成形プロセスの冷却固化の手段として、水を使って成形品全体を冷却する方法が採られている。これは押出成形品の低価格化には有効な手段であるが、幾つかの技術課題が指摘されている。

これらの課題を列挙すると次のとおりである。
[課題１]
押出成形手段では、長期間にわたってこれを安定的に供給する必要があるが、組成材料が違うと明らかに冷却速度が異なる複合材料（布、樹熱可塑性樹脂)を用いた異形押出成形プロセスでは、樹脂の押出し量が、日々変動するのでこれによる意匠層厚みにばらつきが生じる。樹脂量が増加した場合には、次段の形状成形治具により制限させることができるが、押し出し樹脂量が減少した場合には対応できなかった。

[課題２] 特許文献１で提案された装置では、寸法成形治具内であり樹脂と触れる部分にメッキを施し、かつ金形内に一定温度に保つことができる冷媒を流すことにより、樹脂の形状を保ちながら固化させている。しかしながら、冷却固化時の成形品の寸法は、金形の温度制御のみであるため樹脂製造ロットによって変わる温度/粘度の微小な変質に追従できず、樹脂と成形品との間には隙間が生じ空気が介在することにより成形品にばらつきが生じていた。

[課題３] 複合材料で構成され、かつ異形である押出成形品は、自身の構成部材によって冷却固化速度が異なり、当然、成形後の製品に反りや窪みが生じる。
特許文献２では、寸法成形治具を２軸方向に４分割し、それぞれの温度を異なる温度(１６０°Ｃ以上)で一定に保つ構造を採用し、湾曲部が安定した凸部形状となるように、平坦部と湾曲部の冷却速度を調節している。しかしながら、課題２と同様に成形と金形との間には隙間が存在し、この効果を減却している。

この発明は、
（ａ）異形押出成形時の厚みが変動することによって意匠層厚みがばらついたり
（ｂ）冷却固化の際、寸法成形治具部で未硬化成形品に対し不要な応力ひずみを与えたり、
（ｃ）樹脂温度及び布温度が異なることによる製品の反りや窪みが生じる、
など所定寸法公差の範囲内に成形できない問題の解決を図ったものである。

通常、良好な成形形状品質を確保するため、予め手摺の走行面を構成する布及び意匠面を構成する熱可塑性樹脂の熱伝導率から冷却速度が算出され、成形品製造装置として、この熱冷却速度が成形部材内部で均一になるように、成形部材界面の温度管理が行なわれる。
更に、成形部材の冷却固化過程において、樹脂の収縮しなくなる温度まで、この内部温度の均一性を維持し、かつ成形ひずみの発生を取り除く必要があり、異形押出成形品製造装置は、この維持のための押出成形部、成形品形状安定化部、ならびに引出駆動部を備えている。
この発明は、上記異形押出成形品製造装置において、（１）押出成形装置による押出成形厚みの変動量を管理すること、（２）熱冷却固化時の成形部材の界面温度をきめ細かく熱管理すること、（３）熱冷却固化時の成形部材の成形ひずみの発生を抑えることを具現化したものである。

この発明に係わるエスカレーター用移動手摺製造装置は、押出成形機から押出された熱可塑性樹脂と、布供給リールから供給された布と、金属板供給リールから供給された金属板とを取り込み移動手摺の形状に成形する成形金型を有する押出成形部、上記成形金型で押出成形された成形移動手摺の成形形状が損なわれないように冷却固化する複数の寸法成形治具からなる寸法成形治具ユニットと、この寸法成形治具ユニットを冷却する冷却ユニットとを有する成形品形状安定化部、及び上記成形品形状安定化部から上記成形移動手摺を引出す引出駆動部と、この引出駆動部によって引出された成形移動手摺を巻取る巻取りリールとを有する押出成型品取出部を備えたエスカレーター用移動手摺製造装置であって、上記引出駆動部には、上記成形品形状安定化部から引出された上記成形移動手摺のトルクを計測するトルク計測部と、このトルク計測部からのトルク信号により上記成形移動手摺の引出速度を制御して樹脂厚みを制御する樹脂厚み制御器が設けられ、上記寸法成形治具は、上記成形移動手摺の外層面と接触する冷却用金型と上記成形移動手摺の下層面と接触する冷却用中芯金型で構成され、この冷却用中芯金型と上記冷却用金型の内周面は、成形品導入口から成形品導出口に向かう長手方向に、上記熱可塑性樹脂の硬化収縮の見込み量に適応したテーパ状に形成されているものである。

この発明のエスカレーター用移動手摺製造装置によれば、成形品の冷却固化プロセスにおいて、成形品を引出駆動する際のトルク量を管理し、樹脂厚み制御器によって成形品の引出速度を制御することで、押出成形樹脂の吐出量を制御すると共に樹脂厚みを制御することができる。
又、押出成形過程において、成形固化時の成形品内部温度分布や、冷却速度を均一にできるので、熱的ひずみの発生が抑制されて、固化後の成形樹脂の収縮による変形(反りや窪み)を防ぎ、寸法を一定に保つことにより品質が向上する効果がある。
更に、これまで、寸法を補正するため再度製品に熱をかけ成形のやり直しを行なっていたが、この手間を省けることによるコストアップが抑制できる効果がある。

この発明の実施の形態１におけるエスカレーター用移動手摺製造装置を示し、（ａ）は当該装置の全体構成を示す概略説明図、（ｂ）は押出成形品取出部の説明図である。 この発明の実施の形態１におけるエスカレーター用移動手摺製造装置で製造されたエスカレーター用移動手摺を示す断面図である。 この発明の実施の形態１における寸法成形治具ユニットを構成する寸法成形治具を示した説明図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は背面図である。 寸法成形治具の配列状態を示した寸法成形治具ユニットの説明図である。 配列された寸法成形治具の開口形状の寸法を示す説明図である。 実施の形態２におけるエスカレーター用移動手摺製造装置の寸法成形治具を示した説明図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は背面図である。 図６の寸法成形治具にノズル機構を設けた構造を示す断面図である。 （Ａ）は、冷却固化過程における熱可塑性樹脂Ａ１と布Ａ３のとの冷却固化温度差を示す温度―時間特性図、（Ｂ）は、成形品Ａが時間経過と共に冷却固化により成形寸法が減少して行く様子を示す移動手摺寸法―時間特性図である。

以下、図面に基づいて、この発明の各実施の形態を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるエスカレーター用移動手摺製造装置の構成を示す説明図、図２は、当該製造装置によって製造された成形品Ａであるエスカレーター用移動手摺の断面図、図３は、寸法成形治具の説明図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は背面図、図４は、寸法成形治具の配列状態を示した寸法成形治具ユニットの説明図、図５は、配列された寸法成形治具の開口形状の寸法を示す説明図である。
以下、図１〜図５に基づいて実施の形態１に係るエスカレーター用移動手摺製造装置を説明する。

エスカレーター用移動手摺製造装置１は、図１（ａ）に示すように、押出成形部１０、成形品形状安定化部２０、押出成形品取出部３０によって構成されている。
図１（ａ）において、押出成形部１０は、図２に示した、熱可塑性樹脂Ａ１，金属板Ａ２、布Ａ３から成るエスカレーター用移動手摺（以下「成形品」という）Ａを仕上げるために押出成形するものであり、この押出成形部１０は、複合材料の一つである熱可塑性樹脂Ａ１を注入する熱可塑性樹脂注入部１１と当該材料（熱可塑性樹脂）を押出成形する押出成形機１４、別の複合材料である布Ａ３を供給する布供給リール１２、更に別の複合材料である金属板Ａ２を供給する金属板供給リール１３、及びこれら４つの成形材料をまとめて取り込み所定形状（エスカレーター用移動手摺）に成形する成形金型１５で構成されている。
押出成形部１０で加工された成形品Ａは、高温の成形金型１５を通過した後、冷却固化する工程である次の成形品形状安定化部２０に送り出される。

成形品形状安定化部２０は、成形金型１５から押出成形直後の成形品Ａを成形形状が損なわないように冷却固化する複数の寸法成形治具２１ａ，２１ｂ，２１ｃ、２１ｄからなる寸法成形治具ユニット２１及び水槽など冷却ユニット２２で構成されている。
この寸法成形治具ユニット２１で冷却された成形品Ａは、次の工程である押出成形品取出部３０に送り出される。なお、２３は水などの冷却媒体であり、寸法成形治具２１ａ〜２１ｄについては後述する。

押出成形品取出部３０は、寸法成形治具ユニット２１から取り出された成形品Ａを巻き取る巻取り駆動部（引出駆動部）３１、及び巻取りリール３２で構成され、更に、押出成形品取出部３０は、図１（ｂ）に示すように、巻取り駆動部３１の入り口に配置したトルク計測部３３、このトルク計測部３３からのトルク信号が伝えられる樹脂厚み制御器３４を備えており、この樹脂厚み制御器３４は、トルク信号量（Ｓｔ）を基に成形品引出速度制御信号を発生し、巻取り駆動部３１に伝え成形移動手摺の引出速度を制御して樹脂厚みを制御する巻取り速度調節機構を構成している。

図２の成形品Ａの意匠面の厚みは、樹脂注入工程での熱可塑性樹脂量に大きく依存する。実際に、製造工程前段の押出成形部１０の熱可塑性樹脂注入部１１では、日々その注入量が変動する。このため、図１（ｂ）の押出成形品取出部３０では、この変動に対処できるトルク計測部３３と樹脂厚み制御器（３４）が設置され、引出速度を調整することによって適正な塗布厚みとなるように制御が行われている。
このように、押出成形品取出部３０の後段に樹脂厚み制御器３４を備えたので、押出成形直後の成形品Ａの意匠層厚みを所定値で管理できる。従って、押出の樹脂量に変動が生じた場合でも、仕上がり成形品の特に意匠面の厚みが一定となるよう調整することができる。

以下、図３〜図５に基づいて寸法成形治具ユニット２１について説明する。
成形品形状安定化部２０に設置された寸法成形治具ユニット２１の寸法成形治具２１ａ〜２１ｄは、図３に示すように新規な開口形状を有し、冷却用金型２１３と冷却用中芯金型２１４より成る上下２個の金型で構成されており、又、寸法成形治具ユニット２１は、図４に示すように４つの寸法成形治具２１ａ〜２１ｄで金型群を構成している。
図３の寸法成形治具２１ａ〜２１ｄは、設置方向が決まっており、押出成形部１０から出た成形品Ａは、成形品導入面２１１に入り、成形品Ａの外層面は冷却用金型２１３に接触させ、成形品Ａの下層面は冷却用中芯金型２１４に接触させながら寸法成形治具内を通過し、成形品出口面２１２から出る。このように寸法成形治具２１ａ〜２１ｄは、個々に、成形品導入面２１１に比べ成形品出口面２１２の寸法が小さく設計（熱可塑性樹脂の硬化収縮の見込み量に適応）されており、寸法成形治具２１ａ〜２１ｄ内は緩やかな傾きを持つ。両者の関係から時間経過に伴って成形品が熱収縮していることが判る。

図５に示した寸法成形治具２１ａ〜２１ｄの開口形状に着目すると、それぞれ手摺長手方向にテーパ状Ｔに形成され、押出成形部１０に最も近い位置に配置している成形品導入側の寸法成形治具２１ａに比べ成形品出口側の寸法成形治具２１ｄの開口部は小さくなる形状をしている。この形状は、熱可塑性樹脂Ａ１の硬化収縮の見込み量から決定したものである。

寸法成形治具ユニット２１から取り出された成形品Ａは、複数の寸法成形治具２１ａ〜２１ｄを通過する過程で、熱可塑性樹脂Ａ１と布Ａ３は冷却され、その表面温度は時間経過と共に室温に達する。この間の冷却固化過程では、熱可塑性樹脂Ａ１が硬化収縮し手摺寸法も小さくなることは一般の樹脂硬化収縮理論で自明である。
ここで、寸法成形治具２１ａ〜２１ｄの設置位置について考察する。
成形金型１５の出口から取り出された成形品Ａの上層部及び下層部は、材料の収縮挙動が生じない、冷却水の温度である１０〜１５℃程度まで冷却される。この冷却温度の遷移に従って、寸法成形治具２１ａ〜２１ｄの温度を管理するように直線状に配置される。これより、冷却固化が完了しその後寸法の変化が起こることが無く、安定した成形が可能になる。

しかし、冷却固化過程における成形ひずみの生成原因は、複数個を直列に配置した寸法成形治具 ２１ａ〜２１ｄの冷却用金型２１３又は冷却用中芯金型２１４と成形品Ａの両
者の形状寸法の関係にあると考えられる。
図８（Ａ）は、押出成形部１０から取り出される熱可塑性樹脂Ａ１の冷却固化温度時間特性を示したものであるが、この図８によると、押出成形直後において、構成材料（樹脂及び布）間に温度差が認められ、その後の冷却固化過程においても両者は一定の関係で減少する傾向を示している。
図８（Ｂ）は、押出成形部１０から取り出された成形品Ａが、時間経過と共に冷却固化により成形寸法が減少していく様子を示している。これは、図２の熱可塑性樹脂Ａ１の温度が順次、２００℃、１００℃、２５℃（常温）まで冷却される時、冷却固化過程の成形品Ａは、それぞれの冷却温度に対応して熱収縮により寸法値が減少することを示している。

このため、この実施の形態１では、図５に示すように寸法成形治具２１ａ〜２１ｄのそれぞれの開口寸法は、成形品Ａの熱収縮特性に適合させて、寸法成形治具毎に異なる開口形状寸法の冷却用金型２１３及び冷却用中芯金型２１４の設計を行なうものである。このように順次成形することで成形時の応力ひずみが軽減できる。
従って、冷却固化のために直列に配置した複数の寸法成形治具２１ａ〜２１ｄ（図５）の冷却用金型２１３及び冷却用中芯金型２１４の寸法形状は、成形品Ａの熱収縮特性に配慮しているので、熱的ひずみが発生させない形状になっている。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係るエスカレーター用移動手摺製造装置の寸法成形治具２１ａ〜２１ｄを図６，７に基づいて説明する。
図６は、寸法成形治具の説明図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は背面図、図７は、図６の寸法成形治具２１ａ〜２１ｄにノズル機構を設けた構造を示す断面図（冷媒導入用貫通孔２１５と加熱ヒーター挿入孔２１６は図示省略）である。

図６の寸法成形治具２１ａ〜２１ｄは、図３の寸法成形治具の冷却用金型２１３、冷却用中芯金型２１４に、それぞれ冷媒導入用貫通孔２１５と加熱ヒーター挿入孔２１６を設けたものである。
冷媒導入用貫通孔２１５には、冷媒２１５ａが流通し、加熱ヒーター挿入孔２１６には、加熱ヒーター２１６ａが挿入され、成形品Ａに対する温度制御が行われる。

等ひずみ成形機能は、空間的に直線的に配置された複数の寸法成形治具を用いて、所定の形状でひずみを残さないで引抜くことである。
所定の成形形状を得るためには、応力ひずみを残さないという点から引抜時の引抜応力が均等となるのが望ましい。よって、複数のそれぞれの寸法成形治具２１ａ〜２１ｄ内の冷却用金型２１３、冷却用中芯金型２１４の金形形状の寸法は、冷却固化途中の熱収縮に応じて変更する必要がある。

図２の成形品Ａを成形する際、高温の成形金型１５を通過した後冷却固化する工程がある。この時、冷却用金型２１３、冷却用中芯金型２１４を同温に保ち、かつ移動手摺の下層を構成する布Ａ３、上層を構成する熱可塑性樹脂Ａ１の両面の界面温度を均一に保ちながら冷却する。均一とは、両者の温度差を約２０℃以内とすることである。

図２に示す成形品Ａの断面形状の特長から図８（Ａ）に示す放熱による冷却温度特性が意匠面側の熱可塑性樹脂Ａ１とレール走行面側の布Ａ３で異なるので、次のように両者の放熱による冷却温度特性に適切な温度管理を行う。
寸法成形治具２１ａ〜２１ｄのそれぞれの構造は、上述したように成形品Ａの外層を覆い外層面と接触する冷却用金型２１３と成形品Ａの下層面と接触する冷却用中芯金型２１４から成り、それぞれの金型部（冷却用金型２１３と冷却用中芯金型２１４）には、冷媒
２１５ａを通す冷媒導入用貫通孔２１５と加熱ヒーター挿入孔２１６が設けられ、冷媒導入用貫通孔２１５を通る冷媒２１５ａの冷却には、チラー等が用いられ、温度を１０〜１５℃の温度に一定に保った水を用いる。

又、温度差を約２０℃以内に保つため、図７に示すように、成形品Ａと冷却用金型２１３及び冷却用中芯金型２１４との間に生じた隙間２１７に、空気に比べ冷却効率の高い冷却液を強制注入する注入ノズル２１８が設けられている。
このように通常の成形品Ａの仕上がり公差内で変動するこの隙間２１７を液状媒体で充填することで、金型部と成形品Ａ間の熱的接触を保ち、熱的結合を密にし熱コンタクト性を改善できる効果がある。
成形品Ａの外層を覆う冷却用金型２１３と冷却用中芯金型２１４の冷媒導入用貫通孔２１５は、共に冷媒２１５ａとして同種の液体(水道水又は不凍液)を用いる場合は、流速を調整することにより金型部の冷却速度をコントロールすることもできる。

成形品Ａの外層を冷却用金型２１３と冷却用中芯金型２１４の冷媒導入用貫通孔２１５を通る冷媒２１５ａを別種のものとする場合、熱伝導率が異なる水、不凍液(ポリエチレングリコール又はポリプロピレングリコール等)を用い、流速を一定とし金型部の冷却速度をコントロールする。

以上のように、寸法成形治具（冷却用金型２１３、冷却用中芯金型２１４）は、成形品Ａと金型部間の熱的結合を密にしたので、複数箇所に配置し通過する成形品Ａの内部温度を実用的な範囲内で管理できる。
又、各寸法成形治具（冷却用金型２１３、冷却用中芯金型２１４）の成形形状を、成形品Ａの熱収縮に適合させたので、これにより冷却固化時の樹脂材内部の熱ひずみが抑えられ、成形後の樹脂の収縮による変形を防ぐことができる。

なお、この発明は、乗客コンベア用移動手摺製造装置にも適用可能であり、又、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１：エスカレーター用移動手摺製造装置、Ａ：成形品、Ａ１：熱可塑性樹脂、Ａ２：金属板、Ａ３：布、１０：押出成形部、１１：熱可塑性樹脂注入部、
１２：布供給リール、１３：金属板供給リール、１４：押出成形機、１５：成形金型、２０：成形品形状安定化部、２１：寸法成形治具ユニット、２１ａ〜２１ｄ：寸法成形治具、２１１：成形品導入面 ２１２：成形品出口面、２１３：冷却用金型、２１４：冷却用中芯金型、２１５：冷媒導入用貫通孔、２１５ａ：冷媒、２１６：加熱ヒーター挿入孔、２１６ａ：加熱ヒーター、２１７：隙間、 ２１８：注入ノズル、２２：冷却ユニット、２３：冷却媒体、３０：押出成形品取出部、３１：巻取り駆動部（引出駆動部）、３２：巻取りリール、３３：トルク計測部、３４：樹脂厚み制御器、Ｓｔ：トルク信号量。

Claims (3)

1. 押出成形機から押出された熱可塑性樹脂と、布供給リールから供給された布と、金属板供給リールから供給された金属板とを取り込み移動手摺の形状に成形する成形金型を有する押出成形部、上記成形金型で押出成形された成形移動手摺の成形形状が損なわれないように冷却固化する複数の寸法成形治具からなる寸法成形治具ユニットと、この寸法成形治具ユニットを冷却する冷却ユニットとを有する成形品形状安定化部、及び上記成形品形状安定化部から上記成形移動手摺を引出す引出駆動部と、この引出駆動部によって引出された成形移動手摺を巻取る巻取りリールとを有する押出成型品取出部を備えたエスカレーター用移動手摺製造装置であって、
   上記引出駆動部には、上記成形品形状安定化部から引出された上記成形移動手摺のトルクを計測するトルク計測部と、このトルク計測部からのトルク信号により上記成形移動手摺の引出速度を制御して樹脂厚みを制御する樹脂厚み制御器が設けられ、上記寸法成形治具は、上記成形移動手摺の外層面と接触する冷却用金型と上記成形移動手摺の下層面と接触する冷却用中芯金型で構成され、この冷却用中芯金型と上記冷却用金型の内周面は、成形品導入口から成形品導出口に向かう長手方向に、上記熱可塑性樹脂の硬化収縮の見込み量に適応したテーパ状に形成されていることを特徴とするエスカレーター用移動手摺製造装置。
2. 上記冷却用金型と上記冷却用中芯金型には、冷媒を通す冷媒導通用貫通孔とヒーターを挿入するヒーター挿入孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のエスカレーター用移動手摺製造装置。
3. 上記寸法成形治具には、上記成形移動手摺と、上記冷却用金型及び上記冷却用中芯金型との間に生じた隙間に空気に比べ冷却効率の高い冷却液を注入する注入ノズルが設けられていること特徴とする請求項２に記載のエスカレーター用移動手摺製造装置。