JP6755543B2 - 積層構造体及び積層構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性樹脂製の中空シート材に金属部材を取り付けてなる積層構造体及びその製造方法に関する。

従来、内部に多角柱形状又は円柱形状をなす複数のセルが並設された中空シート材に金属板を接合して、その強度を向上させた積層構造体が知られている。例えば、特許文献１には、熱可塑性樹脂製の中空シート材の片面または両面に、鋼、ステンレス、アルミニウム等の金属板を接合することにより、高強度、高剛性を有する複合プラスチック構造体を製造することが記載されている。

特開平１０−１５６９８５号公報

こうした中空シート材に金属板が接合されてなる積層構造体は、軽量でありながら強度に優れていることから、近年、燃費の向上の点から軽量化が求められている車両部品として利用することが考えられる。車両部品としては、例えば、ラゲッジボードやトノカバー等の板状の部品に好適に適用することができる。しかし、特許文献１に記載される複合プラスチック構造体は、熱可塑性樹脂製の中空シート材に、単に平板状の金属板が接合されているに過ぎず、車両部品等の特定の部品に適用する際の利便性について何ら考慮されていない。

上記課題を解決するため、本発明は、内部に柱形状のセルが複数並設された熱可塑性樹脂製の中空シート材と、前記中空シート材に接合された金属部材とを備える積層構造体であって、前記中空シート材には、前記金属部材により熱変形された塑造凹部が形成されており、前記金属部材は、前記塑造凹部に接合されていることを特徴とする。

上記の発明では、熱可塑性樹脂製の中空シート材に形成された塑造凹部に金属部材が接合されていることにより、金属部材が接合されている部位を対象として、積層構造体に特定の部品としての機能を付与することができる。例えば、積層構造体を車両トノカバーに適用するために、金属部材が接合された部位に持ち手やフックを取り付けたり、車両への固定部材を取り付けたりすることが考えられる。こうすることで、金属部材が接合された部位を対象として、積層構造体に車両トノカバーとしての機能を付与することができ、その利便性が向上する。

上記の発明において、前記金属部材は、中空シート材の少なくとも一方の面に接合された金属板であり、前記金属板には、金属凹部が形成され、前記中空シート材には、前記金属凹部により熱変形された前記塑造凹部が形成されており、前記金属凹部は、前記塑造凹部に接合されていることが好ましい。

上記の発明において、前記金属凹部及び前記塑造凹部には、孔が形成されていることが好ましい。
上記の発明において、前記金属凹部及び前記塑造凹部は複数形成され、前記金属板が接合された面が波状となっていることが好ましい。

上記の発明において、前記塑造凹部では、前記中空シート材内に樹脂溜まりが形成されていることが好ましい。

本発明によれば、積層構造体を特定の部品として利用する際の利便性が向上する。

（ａ）は積層構造体の部分斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるα−α線断面図、（ｃ）は（ａ）におけるβ−β線断面図。 （ａ）は上側金属板の部分斜視図、（ｂ）は中空シート材の部分斜視図。 （ａ）は中空シート材のコア層を構成するシート材の部分斜視図、（ｂ）は同シート材の折り畳み途中の状態を示す部分斜視図、（ｃ）は同シート材を折り畳んだ状態を示す部分斜視図。 （ａ）、（ｂ）は、金属板に金属凹部を形成する方法を示す説明図。（ｃ）は、金属凹部が形成された金属板の部分斜視図。（ｄ）は、金属凹部が形成された金属板を裏面側から見た部分斜視図。 （ａ）〜（ｉ）は、中空シート材に金属板を貼り付ける方法を示す説明図。 （ａ）〜（ｃ）は、図１（ａ）におけるγ−γ線断面図であり、積層構造体の凹部の状態を示す断面図。 （ａ）は積層構造体の凹部の変形例を示す部分斜視図、（ｂ）は積層構造体の凹部の別の変形例を示す断面図、（ｃ）は積層構造体の凹部の別の変形例を示す部分斜視図、（ｄ）は積層構造体の凹部の別の変形例を示す断面図。 （ａ）〜（ｄ）は積層構造体の凹部の別の変形例を示す部分斜視図。

以下、本発明を具体化した積層構造体を図１、図２に従って説明する。
図１（ａ）に示すように、本実施形態の積層構造体は、内部に複数の柱形状のセルＳが並設されて全体として中空板状をなす中空シート材１０と、その上下両面に配置された一対の金属板５０、６０とで構成されている。積層構造体の上面（上側金属板５０の上面）には、凹部７０が形成されている。なお、図１（ａ）では、中空シート材１０のセルＳを上側金属板５０上に点線で示している。

図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、中空シート材１０は、内部に複数の柱形状のセルＳが並設されたコア層２０と、その上下両面に接合されたシート状のスキン層３０、４０とで構成されている。コア層２０は、所定形状に成形された１枚の熱可塑性樹脂製のシート材を折り畳んで形成されている。そして、コア層２０は、上壁部２１と、下壁部２２と、上壁部２１及び下壁部２２の間に立設されてセルＳを六角柱形状に区画する側壁部２３とで構成されている。

図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、コア層２０の内部に区画形成されるセルＳには、構成の異なる第１セルＳ１及び第２セルＳ２が存在する。図１（ｂ）に示すように、第１セルＳ１においては、側壁部２３の上部に２層構造の上壁部２１が設けられている。この２層構造の上壁部２１の各層は互いに接合されている。また、第１セルＳ１においては、側壁部２３の下部に１層構造の下壁部２２が設けられている。一方、図１（ｃ）に示すように、第２セルＳ２においては、側壁部２３の上部に１層構造の上壁部２１が設けられている。また、第２セルＳ２においては、側壁部２３の下部に２層構造の下壁部２２が設けられている。この２層構造の下壁部２２の各層は互いに接合されている。また、図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、隣接する第１セルＳ１同士の間、及び隣接する第２セルＳ２同士の間は、それぞれ２層構造の側壁部２３によって区画されている。この２層構造の側壁部２３は、コア層２０の厚み方向中央部に互いに熱溶着されていない部分を有する。したがって、コア層２０の各セルＳの内部空間は、２層構造の側壁部２３の間を介して他のセルＳの内部空間に連通している。

図１（ａ）に示すように、第１セルＳ１はＸ方向に沿って列をなすように並設されている。同様に、第２セルＳ２はＸ方向に沿って列をなすように並設されている。第１セルＳ１の列及び第２セルＳ２の列は、Ｘ方向に直交するＹ方向において交互に配列されている。そして、これら第１セルＳ１及び第２セルＳ２により、コア層２０は、全体としてハニカム構造をなしている。

図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、上記のように構成されたコア層２０の上面には熱可塑性樹脂製のシート材であるスキン層３０が接合されている。また、コア層２０の下面には、熱可塑性樹脂製のシート材であるスキン層４０が接合されている。これらコア層２０、スキン層３０、４０で中空板状の中空シート材１０が構成されている。本実施形態の中空シート材１０の厚みは、５ｍｍ〜３０ｍｍ程度に形成されている。なお、図１（ｂ）及び（ｃ）では、図示されている複数のセルＳのうち、最も左側のセルＳに代表して符号を付しているが、他のセルＳについても同様である。

図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、中空シート材１０の上面（スキン層３０の外面）には、上側金属板５０が熱溶着で接合されている。また、中空シート材１０の下面（スキン層４０の外面）には、下側金属板６０が熱溶着で接合されている。各金属板５０、６０は、例えばアルミニウム合金、鉄合金、銅合金などの金属製であり、本実施形態では、その厚みは０．０５ｍｍ〜数ｍｍ程度である。

図２（ａ）に示すように、積層構造体の上面の上側金属板５０には、金属凹部５１が形成されている。金属凹部５１は、上側金属板５０の上面５２から垂下する４つの側壁５５と、各側壁５５に囲まれた矩形状の底壁５６とで構成されている。上側金属板５０は、厚みが０．０５ｍｍ〜数ｍｍ程度の薄板であることから、上側金属板５０の下面５３には、金属凹部５１に対応する金属凸部５４が、下面５３から下方に突出するように形成されている。

図２（ｂ）に示すように、中空シート材１０は、熱変形によって薄肉化された塑造凹部１１を有している。塑造凹部１１は、スキン層３０の表面から垂下する４つの側壁１２と、各側壁１２に囲まれた矩形状の底壁１３とで構成されている。本実施形態では、底壁１３の下側に位置する中空シート材１０の厚みは、２ｍｍ〜１５ｍｍ程度である。また、この部分での中空シート材１０の厚みは、中空シート材１０全体の厚みの、２分の１以下、或いは、３分の１以下であることが好ましい。

上側金属板５０の金属凹部５１は、その裏面で、中空シート材１０の塑造凹部１１に接合されている。言い方を変えれば、上側金属板５０の金属凸部５４は、その表面で、中空シート材１０の塑造凹部１１に接合されている。具体的には、金属凹部５１（金属凸部５４）の各側壁５５が、塑造凹部１１の各側壁１２に接合され、金属凹部５１（金属凸部５４）の底壁５６が、塑造凹部１１の底壁１３に接合されている。中空シート材１０の塑造凹部１１と上側金属板５０の金属凹部５１とで、積層構造体の凹部７０が構成されている。

図１（ａ）に示すように、積層構造体の凹部７０は、正面視矩形状に形成されている。凹部７０は、上側金属板５０の面５２から垂下する４つの側壁７１と、各側壁７１に囲まれた矩形状の底壁７２で構成されている。各側壁７１は、上側金属板５０の面５２に対して略直角をなすように折り曲げられ、底壁７２は、各側壁７１に対して略直角をなすように折り曲げられている。

次に、積層構造体を製造する方法を、図３〜図５に従って説明する。まず、中空シート材１０を製造する方法について説明する。
図３（ａ）に示すように、第１シート材１００は、１枚の熱可塑性樹脂製のシートを所定の形状に成形することにより形成される。第１シート材１００には、帯状をなす平面領域１１０及び膨出領域１２０が、第１シート材１００の長手方向（Ｘ方向）に交互に配置されている。膨出領域１２０には、上面と一対の側面とからなる断面下向溝状をなす第１膨出部１２１が膨出領域１２０の延びる方向（Ｙ方向）の全体にわたって形成されている。なお、第１膨出部１２１の上面と側面とのなす角は９０度であることが好ましく、その結果として、第１膨出部１２１の断面形状は下向コ字状となる。また、第１膨出部１２１の幅（上面の短手方向の長さ）は平面領域１１０の幅と等しく、かつ第１膨出部１２１の膨出高さ（側面の短手方向の長さ）の２倍の長さとなるように設定されている。

また、膨出領域１２０には、その断面形状が正六角形を最も長い対角線で二分して得られる台形状をなす複数の第２膨出部１２２が、第１膨出部１２１に直交するように形成されている。第２膨出部１２２の膨出高さは第１膨出部１２１の膨出高さと等しくなるように設定されている。また、隣り合う第２膨出部１２２間の間隔は、第２膨出部１２２の上面の幅と等しくなっている。

なお、こうした第１膨出部１２１及び第２膨出部１２２は、シートの塑性を利用してシートを部分的に上方に膨出させることにより形成されている。また、第１シート材１００は、真空成形法や圧縮成形法等の周知の成形方法によって１枚のシートから成形することができる。

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、上述のように構成された第１シート材１００を、境界線Ｐ、Ｑに沿って折り畳むことでコア層２０が形成される。具体的には、第１シート材１００を、平面領域１１０と膨出領域１２０との境界線Ｐにて谷折りするとともに、第１膨出部１２１の上面と側面との境界線Ｑにて山折りしてＸ方向に圧縮する。そして、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、第１膨出部１２１の上面と側面とが折り重なるとともに、第２膨出部１２２の端面と平面領域１１０とが折り重なることによって、一つの膨出領域１２０に対して一つのＹ方向に延びる角柱状の区画体１３０が形成される。こうした区画体１３０がＸ方向に連続して形成されていくことにより中空板状のコア層２０が形成される。

上記のように第１シート材１００を圧縮するとき、第１膨出部１２１の上面と側面とによってコア層２０の上壁部２１が形成されるとともに、第２膨出部１２２の端面と平面領域１１０とによってコア層２０の下壁部２２が形成される。なお、図３（ｃ）に示すように、上壁部２１における第１膨出部１２１の上面と側面とが折り重なって２層構造を形成する部分、及び下壁部２２における第２膨出部１２２の端面と平面領域１１０とが折り重なって２層構造を形成する部分がそれぞれ重ね合わせ部１３１となる。

また、第２膨出部１２２が折り畳まれて区画形成される六角柱形状の領域が第２セルＳ２となるとともに、隣り合う一対の区画体１３０間に区画形成される六角柱形状の領域が第１セルＳ１となる。本実施形態では、第２膨出部１２２の上面及び側面が第２セルＳ２の側壁部２３を構成するとともに、第２膨出部１２２の側面と、膨出領域１２０における第２膨出部１２２間に位置する平面部分とが第１セルＳ１の側壁部２３を構成する。そして、第２膨出部１２２の上面同士の当接部位、及び膨出領域１２０における上記平面部分同士の当接部位が２層構造をなす側壁部２３となる。なお、こうした折り畳み工程を実施するに際して、第１シート材１００を加熱処理して軟化させた状態としておくことが好ましい。

このようにして得られたコア層２０の上面及び下面には、それぞれ熱可塑性樹脂製の第２シート材が熱溶着により接合される。コア層２０の上面に接合された第２シート材はスキン層３０となり、コア層２０の下面に接合された第２シート材はスキン層４０となる。

なお、第２シート材（スキン層３０、４０）をコア層２０に熱溶着する際には、第１セルＳ１における２層構造の上壁部２１（重ね合せ部１３１）が互いに熱溶着される。同様に、第２セルＳ２における２層構造の下壁部２２（重ね合せ部１３１）が互いに熱溶着される。その一方で、第１セルＳ１及び第２セルＳ２における２層構造の側壁部２３には、上壁部２１及び下壁部２２に比べて熱が伝わりにくい、したがって、２層構造の側壁部２３は、中空シート材１０の厚み方向中央部に互いに熱溶着で接合されていない部分を有している。その結果、各セルＳの内部空間は、完全に閉塞された空間でなく、各セルＳの内部空間同士が、熱溶着で接合されていない２層構造の側壁部２３の間を介して連通している。

次に、中空シート材１０の上下両面に金属板５０、６０を接合して、凹部７０が形成された積層構造体を製造する方法を、図４及び図５に従って説明する。
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、まず、上側金属板５０に、プレス加工により金属凹部５１を形成する。金属凹部５１と同形状の凹み部８１ａが形成された下型８１の上に、上側金属板５０を、面５３が下方を向くように配置する。金属凹部５１と同形状の突状部８２ａが形成された上型８２を、下型８１へ向けて移動させる。このようにして、図４（ｃ）に示すように、上側金属板５０の面５２には、金属凹部５１が形成される。また、図４（ｄ）に示すように、上側金属板５０の面５３には、金属凹部５１と同形状の金属凸部５４が形成される。金属凹部５１及び金属凸部５４は、薄板状の上側金属板５０をプレス加工により形成していることから、表裏一体の関係となる。

次に、図５（ａ）に示すように、プレス加工後の上側金属板５０を板状の支持板２１０の厚み方向の一方の面に配置して支持させるとともに、下側金属板６０を支持板２１０の厚み方向の他方の面に配置して支持させる。このとき、上側金属板５０は、金属凸部５４が突出形成された面５３が、下側金属板６０と対向配置されるようにする。また、支持板２１０には、上側金属板５０の金属凸部５４に対応する位置に、金属凸部５４よりやや大きい凹みが形成されており、金属凸部５４が支持板２１０の凹み内に収納可能に構成されている。このため、支持板２１０の一方の面に配置した上側金属板５０は、金属凸部５４が支持板２１０と干渉することがなく、上側金属板５０の面５３が支持板２１０の一方の面に対して、その全体で面接触する。なお、図５（ａ）は、上側金属板５０を面５２から見た図となっているため、上側金属板５０に金属凹部５１が形成された状態として視認できる。

支持板２１０の厚み方向の各面には、それぞれ複数のエアー吸引孔が形成されている。そして、これらエアー吸引孔から空気を吸引することで、支持板２１０の厚み方向の各面において各金属板５０、６０を吸引して支持することができる。

次に、図５（ｂ）に示すように、各金属板５０、６０を支持した状態の支持板２１０を、対向配置された一対の加熱板２２０、２３０の間に配置する。上側金属板５０側の加熱板２２０には、上側金属板５０の面５２に形成された金属凹部５１に対応する位置に、上側金属板５０側に向かって突出するとともに、金属凹部５１の内面形状に合致する形状の突出部２２１が形成されている。加熱部材としての各加熱板２２０、２３０は、面方向において各金属板５０、６０以上の大きさに形成されている。なお、図５では、面方向において各加熱板２２０、２３０と各金属板５０、６０とを同じ大きさで図示している。

各加熱板２２０、２３０は、他方の加熱板２３０、２２０に対向する側の面である対向面が、中空シート材１０を構成する熱可塑性樹脂の溶融温度以上（例えば数百度以上）に加熱されている。なお、各加熱板２２０、２３０の対向面には、複数のエアー吸引孔が形成されている。そして、これらエアー吸引孔から空気を吸引することで、各加熱板２２０、２３０の対向面側において各金属板５０、６０を吸引して支持することができる。

一対の加熱板２２０、２３０の間に、各金属板５０、６０を支持した状態の支持板２１０を配置した後、図５（ｃ）に示すように、一対の加熱板２２０、２３０を互いに近接する方向に移動させて、一対の加熱板２２０、２３０で上側金属板５０及び下側金属板６０を支持した状態の支持板２１０を挟み込む。このとき、各金属板５０、６０は、その全面が各加熱板２２０、２３０の対向面に面接触し、各加熱板２２０、２３０からの熱を受けて加熱される。また、上側金属板５０側の加熱板２２０に形成された突出部２２１が、上側金属板５０の金属凹部５１内に配置されて、突出部２２１の外面が金属凹部５１の内面に接触する。これにより、上側金属板５０の金属凹部５１（金属凸部５４）が、加熱板２２０の突出部２２１からの熱を受けて加熱される。

この挟み込んだ状態においては、支持板２１０における空気の吸引、又は各加熱板２２０、２３０における空気の吸引の少なくとも一方が行われているようにする。したがって、各金属板５０、６０は、支持板２１０又は各加熱板２２０、２３０の少なくともいずれかに支持された状態となっており、支持板２１０と一対の加熱板２２０、２３０の間から脱落することはない。

その後、図５（ｄ）に示すように、各金属板５０、６０を支持した状態の各加熱板２２０、２３０を互いに離間する方向に移動させる。そして、支持板２１０を、対向配置された一対の加熱板２２０、２３０の間から移動させる。支持板２１０を移動させた後、図５（ｅ）に示すように、中空シート材１０を、対向配置された一対の加熱板２２０、２３０の間に配置させる。この状態では、各加熱板２２０、２３０の対向面に面接触されている各金属板５０、６０と中空シート材１０の外面（表面）とが対向配置される。上側金属板５０では、面５３が中空シート材１０と対向配置されており、面５３に形成された金属凸部５４が中空シート材１０側に位置している。

中空シート材１０を一対の加熱板２２０、２３０の間に配置させた後、図５（ｆ）に示すように、各加熱板２２０、２３０を互いに近接する方向に移動させる。その結果、各加熱板２２０、２３０は、中空シート材１０に近接する方向に移動し、各加熱板２２０、２３０に支持されている加熱状態の各金属板５０、６０が中空シート材１０の外面に面接触する。このとき、各金属板５０、６０は相応に高温になっているため、各金属板５０、６０の熱で中空シート材１０の外面に熱溶着で接合される。

また、中空シート材１０の上側金属板５０側の面では、上側金属板５０の面５３に形成された金属凸部５４が、中空シート材１０を押圧する。そして、上側金属板５０の金属凸部５４も、上側金属板５０と同様、相応に高温になっている。このため、中空シート材１０は、金属凸部５４からの押圧力により圧縮されて内部のセルＳが変形するとともに、熱可塑性樹脂製の中空シート材１０が加熱溶融されて塑造凹部１１が形成され、上側金属板５０の金属凸部５４（金属凹部５１）が塑造凹部１１の外面に熱溶着で接合される。このようにして、積層構造体に凹部７０が形成される。

各金属板５０、６０が中空シート材１０の外面に面接触した後、各加熱板２２０、２３０における空気の吸引を停止し、各加熱板２２０、２３０を互いに離間する方向に移動させる。したがって、各加熱板２２０、２３０が一対の金属板５０、６０を介して中空シート材１０を挟んでいる時間はごく僅かであり、各加熱板２２０、２３０からの熱が中空シート材１０に過度に伝わることはなく、中空シート材１０のコア層２０が過度に軟化してその強度が低下することが起こりにくい。

中空シート材１０の外面に各金属板５０、６０を熱溶着で接合した後、図５（ｇ）に示すように、一対の加熱板２２０、２３０の間に配置され、一対の金属板５０、６０が接合された中空シート材１０を、一対のプレス板２４０の間に配置させる。各プレス板２４０は、面方向において各金属板５０、６０の大きさ以上に形成されている。図５では、面方向において各プレス板２４０と各金属板５０、６０とを同じ大きさで図示している。なお、これらプレス板２４０は、一対の加熱板２２０、２３０のように加熱されてなく、常温の状態になっている。また、上側金属板５０側に配置されるプレス板２４０も下側金属板６０側に配置されるプレス板２４０もともに平坦形状であり、凹凸形状は形成されていない。

図５（ｈ）に示すように、一対のプレス板２４０の間に中空シート材１０を配置した後、各プレス板２４０を互いに近接する方向に移動させて、中空シート材１０を厚み方向両面から挟み込んで所定のプレス圧でプレスする。これにより、各金属板５０、６０の全域が各プレス板２４０によって中空シート材１０側に押圧され、各金属板５０、６０が均一の押圧力でもって中空シート材１０に接合されるとともに、積層構造体の厚みを調整して当該積層構造体を反りのない平坦な板材にする。その後、一対のプレス板２４０を互いに離間する方向に移動させる。そして、図５（ｉ）に示すように、一対のプレス板２４０の間から一対の金属板５０、６０が熱溶着で接合された中空シート材、すなわち凹部７０が形成された積層構造体が取り出される。

次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態では、あらかじめ金属凹部５１（金属凸部５４）が形成された上側金属板５０を加熱して、中空シート材１０に熱溶着で接合した。加熱された上側金属板５０の金属凸部５４で中空シート材１０を押圧していることから、中空シート材１０が金属凸部５４からの押圧力によって圧縮変形するとともに、金属凸部５４自身の熱で、熱可塑性樹脂製の中空シート材１０が熱溶融して、塑造凹部１１が形成される。そして、上側金属板５０の金属凹部５１（金属凸部５４）が中空シート材１０に接合することにより、積層構造体の凹部７０が形成される。

上側金属板５０にあらかじめ金属凹部５１（金属凸部５４）を形成することなく、平坦な上側金属板５０を中空シート材１０に接合して積層構造体を得た後、上側金属板５０の外側から凹部７０形状の治具を押し当ててプレス加工することにより、積層構造体の表面に凹部７０を形成することも考えられる。しかし、このような方法では、冶具による押し当て力は、上側金属板５０だけでなく中空シート材１０でも受け止めることになるため、凹部７０の深さを制御することが困難である。また、金属板が伸びにくいことから、深い凹部７０を形成しようとすると上側金属板５０に亀裂が入るといった問題もある。この点、本実施形態では、上側金属板５０の両面に対するプレス成形によって、あらかじめ金属凹部５１（金属凸部５４）を形成し、加熱された上側金属板５０を中空シート材１０に熱溶着で接合していることから、こうした問題の発生を抑制することができる。あらかじめ金属凹部５１が形成された上側金属板５０を熱溶着させることにより、５ｍｍ以上、さらには、１０ｍｍ以上の凹部７０を形成することが可能となる。また、凹部７０の側壁７１と底壁７２との角度を直角とするなど、急な角度を付けた凹部７０を形成することができる。積層構造体に意図した形状の凹部７０を容易に形成することができる。

また、上側金属板５０を比較的高温に加熱し、上側金属板５０による押圧スピードを比較的ゆっくりすることにより、塑造凹部１１が形成される部分の中空シート材１０は、熱可塑性樹脂が溶融しながら、セルＳが均等に押圧されていく。このような場合、図６（ａ）に示すように、中空シート材１０を構成する熱可塑性樹脂が溶融されて溶融樹脂がセルＳ内に溜まりつつ、セルＳの側壁部２３は、上壁部２１と下壁部２２との間に立設された状態を保持したまま、上壁部２１と下壁部２２との間が狭くなる。その結果、セルＳの内部空間が狭くなるとともに、冷却固化された後の溶融樹脂による樹脂溜まりＲが生じ、薄肉化された部分の強度が向上する。このように、中空シート材１０を構成する熱可塑性樹脂が溶融されて冷却固化された状態が、特許請求の範囲で言う「樹脂溜まり」であり、樹脂溜まりＲの形成によって、積層構造体の凹部７０に強度を付与することができる。

一方、上側金属板５０の加熱温度を抑え、上側金属板５０による押圧スピードを早くすることにより、塑造凹部１１が形成される部分の中空シート材１０では、熱可塑性樹脂の溶融が抑えられた状態で、金属凸部５４からの押圧力による圧縮変形が進行する。このような場合、例えば、図６（ｂ）に示すように、セルＳの側壁部２３は、上壁部２１と下壁部２２との間で同じ方向に倒れるように変形し、上壁部２１と下壁部２２との間が狭くなる。したがって、相応に生じた樹脂溜まりＲと、薄肉化してセルＳが圧縮されたことにより積層構造体の凹部７０での強度が向上する。

また、上側金属板５０の加熱温度と、上側金属板５０による押圧スピードを調整することにより、図６（ｃ）に示すように、セルＳの側壁部２３が、上壁部２１と下壁部２２との間で不規則に倒れるように変形するとともに、熱可塑性樹脂が溶融されてセルＳ内に溶融樹脂が溜まる。そして、冷却固化された溶融樹脂による樹脂溜まりＲが生じ、薄肉化された部分の強度が向上する。

このように、上側金属板５０の加熱温度、上側金属板５０による押圧スピードを適宜調整することにより、塑造凹部１１でのセルＳの状態を変化させ、積層構造体の凹部７０での強度を調整することができる。積層構造体の製造過程の効率性と、製品に要求される性能等を考慮して、条件を設定することができる。

本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態の積層構造体では、中空シート材１０に、上側金属板５０の金属凹部５１（金属凸部５４）により熱変形された塑造凹部１１が形成されており、金属凹部５１は、塑造凹部１１に接合されている。このため、金属凹部５１が接合されている部位を対象として、積層構造体に特定の部材を取り付けることができる。例えば、金属凹部５１に持ち手やフックを取り付ける等の加工をして、積層構造体を車両トノカバーに適用することができる。積層構造体の凹部７０に特定の部材を取り付けることにより、積層構造体に特定の部品としての機能を付与することができることから、積層構造体の利便性を向上させることができる。

また、積層構造体に特定の部材を取り付ける場合、凹部７０を適宜の深さに設定することにより、取り付けられる部材が積層構造体の表面から突出することなく、凹部７０内に収まるようにすることができる。こうすることで、例えば、積層構造体をラゲッジボードのような車両部品として適用した場合に、その上に荷物等を載せても荷物等に傷が付くことが抑制される。積層構造体に、車両部品として好適な機能を付与することができる。

（２）上記実施形態では、上側金属板５０側の加熱板２２０として、上側金属板５０の金属凹部５１の内面形状に合致する形状の突出部２２１が形成されたものを使用している。そのため、加熱板２２０の熱が上側金属板５０の金属凹部５１に伝わりやすく、上側金属板５０の金属凸部５４による中空シート材１０の圧縮変形及び熱溶融が適切になされる。また、加熱板２２０の突出部２２１以外の部分が、上側金属板５０と面接触することができるため、上側金属板５０の加熱が均等に行われ、上側金属板５０を中空シート材１０の外面に均一に熱溶着で接合できる。

上記実施形態は以下のように変更してもよく、また、これらの変更例を適宜組み合わせて適用してもよい。
・ 上記実施形態では、積層構造体の上側金属板５０側に凹部７０が１箇所形成されたものについて説明したが、凹部７０の形成個数はこれに限定されない。積層構造体の上側金属板５０側に複数個形成されていてもよく、上側金属板５０側、下側金属板６０側の双方に複数個形成されていてもよい。また、金属板５０、６０全体に複数の凹部７０が形成されて、積層構造体の一方または両方の面が波状となっていてもよい。

・ 上記実施形態では、積層構造体の上側金属板５０側に凹部７０が形成されたものについて説明したが、図７（ａ）に示すように、凹部７０の底壁７２に、下側金属板６０側に貫通する孔７３が形成されていてもよい。つまり、上側金属板５０の金属凹部５１に孔が形成されているとともに、中空シート材１０の塑造凹部１１に孔が形成されている。このようにすると、凹部７０の底壁７２を上下方向に挟み込むような状態で、持ち手やフック等の部材を取り付けることができる。また、底壁７２の上下方向には金属板５０、６０が接合されているため、孔７３に部材を取り付ける際、底壁７２に対する掛かり代が少なくても確実に部材を取り付けることができる。

・ 図７（ｂ）に示すように、積層構造体の上側金属板５０側に凹部７０が形成されるとともに、下側金属板６０側の同じ位置にも凹部７０が形成されていてもよい。この場合、上側金属板５０側と下側金属板６０側との両凹部７０を同じ大きさ、形状としてもよいし、異なる大きさ、形状としてもよい。また、この場合に、図７（ａ）に示すように、両凹部７０を貫通する孔７３を形成してもよい。

・ 上記実施形態では、積層構造体の上側金属板５０側の略中央部に凹部７０が形成されたものについて説明したが、凹部７０の形成位置はこれに限定されない。板状の積層構造体の所望の位置に形成することができる。例えば、図７（ｃ）のように、積層構造体の端部に凹部７０を形成することもできる。このようにすると、例えば、積層構造体の端部に持ち手やフック等の部材を取り付けることができるため、車両トノカバーのように端部を引っ張って開閉するような車両部品に適用することができる。また、この場合も、図７（ａ）に示すように、凹部７０の底壁７２に、下側金属板６０側に貫通する孔７３が形成されていてもよい。なお、図７（ｃ）では、積層構造体の上側金属板５０及び下側金属板６０両側に凹部７０が形成されているものを示したが、いずれか一方の金属板にのみ凹部７０が形成されていてもよい。

・ 上記実施形態では、積層構造体の上側金属板５０側に正面視矩形状の凹部７０が１箇所形成されたものについて説明したが、凹部７０の形状はこれに限定されない。凹部７０の形状は適宜決定することができる。また、凹部７０の底壁７２にさらに凹部が形成されていてもよく、段差が形成されていてもよい。

・ 上記実施形態では、積層構造体の上側金属板５０側の一部に凹部７０が形成されたものについて説明したが、凹部７０の大きさはこれに限定されない。上側金属板５０側の大部分が凹部７０となっていてもよい。上側金属板５０全体に占める凹部７０の割合が大きい場合、凹部７０でない部分が、上側金属板５０における突出部分として認識される。この場合であっても、上側金属板５０により熱変形されており、前記突出部分を基準として相対的に凹んだ部分全体が、凹部７０を構成する。

・ 上記実施形態では、中空シート材１０の上下両面に対して加熱状態の金属板５０、６０を熱溶着で接合する方法について説明した。しかし、図７（ｄ）に示すように、中空シート材１０の上面のみに上側金属板５０を熱溶着で接合してもよい。この場合、中空シート材１０に上側金属板５０が接合された側では、金属凸部５４（金属凹部５１）からの押圧力と熱溶融によって、積層構造体の凹部７０が形成されるが、上側金属板５０が接合された側の反対側では、凹部７０に対応する位置で、中空シート材１０が盛り上がった状態となる。こうした積層構造体も、上面に接合された上側金属板５０と、熱変形して薄肉化された塑造凹部１１によりその強度が向上するとともに、凹部７０に持ち手やフック等の部材を取り付ける等して、積層構造体を特定の部品として利用する際の利便性を向上させることができる。なお、上側金属板５０を接合する際に、上側金属板５０が接合される側の反対側に支持部材等を配置して、前記盛り上がった状態とならないようにしてもよい。

・ 上記実施形態では、あらかじめ金属凹部５１が形成された上側金属板５０を中空シート材１０に接合したが、これに限定されない。例えば、図８（ａ）に示すように、中空シート材１０の端部の一部を除いて、その両面に金属板５０、６０を接合し、加熱した金属製環状の持ち手９０を中空シート材１０の側方から近接させて、中空シート材１０の側方を加熱圧縮させ、図８（ｂ）に示すように、中空シート材１０の側方に持ち手９０を取り付けるようにしてもよい。この場合、持ち手９０が特許請求の範囲で言う「金属部材」に相当し、持ち手９０により加熱圧縮された中空シート材１０の側方部分が、特許請求の範囲で言う「塑造凹部」に相当する。

また、中空シート材１０の上下面のいずれかの部分を除いた形状に金属板５０、６０を接合し、金属板５０、６０が接合されていない部分に、金属部材を接合してもよい。例えば、図８（ｃ）に示すように、中空シート材１０の上面に対して、その一部を除いた形状の上側金属板５０を接合し、加熱した金属製管状の持ち手９０を中空シート材１０において上側金属板５０が接合されていない部分に近接させて接合するようにする。こうすると、図８（ｄ）に示すように、持ち手９０が中空シート材１０の上側金属板５０から外方へ突出するように接合される。

・ 上記実施形態では、積層構造体の凹部７０は、側壁７１が底壁７２とほぼ直角をなし、側壁７１が上側金属板５０の面５２とほぼ直角をなしている。しかし、側壁７１と底壁７２のなす角度は、略直角に限定されない。例えば、５゜〜９０゜の範囲であってもよく、２０゜〜９０゜の範囲であってもよく、或いは、４５゜〜９０゜の範囲であってもよい。側壁７１と底壁７２のなす角度を比較的小さな角度とすることにより、積層構造体表面になだらかな形状の側壁７１を有する凹部７０を形成することができる。また、側壁７１と底壁７２のなす角度を比較的大きな角度とすることにより、凹部７０における曲げ強度が向上し、積層構造体の強度を向上させることができる。積層構造体に付与すべき機能や要求される利便性に応じて、適宜な角度に設定すればよい。

なお、上記実施形態では、凹部７０の各側壁７１及び底壁７２をそれぞれ平坦な面として説明した。しかし、各側壁７１及び底壁７２の少なくともいずれか一つが、曲線状に凹んでいたり、曲線状に盛り上がっていたり、或いは、断面Ｓ字状に湾曲していたりしてもよい。この場合、側壁７１と底壁７２のなす角度は、平坦でない面をそれぞれ平坦な面として近似することにより得られる。

・ 上記実施形態では、金属凸部５４（金属凹部５１）が形成された１枚の上側金属板５０を中空シート材１０の一方の面に接合したが、上側金属板５０は複数枚で構成されていてもよい。この場合、金属凸部５４の部分と他の部分とが異なる板で形成されていてもよく、他の部分がさらに複数の板で形成されていてもよい。また、複数枚の板のそれぞれについて、金属板の厚み、材質等を異ならせてもよい。こうすることで、曲げ強度を向上させたり、積層構造体を軽量化させたりすることができる。これは、下側金属板６０についても同様である。

・ 一対の金属板５０、６０の面方向の形状と中空シート材１０の面方向の形状との関係は問わない。例えば、中空シート材１０の面方向の大きさに対して、小さい金属板５０、６０を接合してもよい。この場合には、中空シート材１０の外面の一部に金属板５０、６０が接合されることになる。

・ 一枚の金属板を複数の中空シート材に跨って接合するようにしてもよい。この場合、金属板が貼り付けられることによって、複数の中空シート材が一体化されて一枚の板材のようになる。

・ 上記実施形態では、中空シート材１０の両面に直接金属板５０、６０を配置する態様で説明したが、中空シート材１０と各金属板５０、６０との間に接着フィルムを配置したり、中空シート材１０又は金属板５０、６０のいずれかに接着剤を塗布したりすることができる。接着剤としては、ホットメルト型の接着剤を用いることができる。

・ 中空シート材１０に各金属板５０、６０を接合する際、中空シート材１０中に含まれる空気を脱気するための処理を行ってもよい。コア層２０にスキン層３０、４０を接合することにより、中空シート材１０内部に空気が含まれる場合があり、この場合に金属板５０、６０を接合すると、接合後に中空シート材１０内部の空気が収縮して、金属板５０、６０を凹ませるように作用する場合がある。また、金属板５０、６０の接合により塑造凹部１１の厚みが薄くなると、中空シート材１０内部で圧縮された空気が金属板５０、６０を膨らませるように作用する場合がある。この点、脱気処理により金属板５０、６０の膨らみや凹みを抑制することができる。

・ 上記実施形態では、中空シート材１０として、コア層２０と、その上下両面にスキン層３０、４０が接合されたものを用いたが、スキン層３０、４０の両方又は一方を省略して、コア層２０に対して、直接金属板５０、６０を接合するようにしてもよい。図７（ｄ）は、一例として、スキン層３０、４０の両方を省略して、コア層２０の上面に直接上側金属板５０を接合した積層構造体を示している。

セルＳの２層構造の側壁部２３は、中空シート材１０の厚み方向中央部に互いに熱溶着で接合されていない部分を有しているため、各セルＳの内部空間同士が、側壁部２３の間を介して連通し、側壁部２３の間を空気が通りやすくなっている。このため、スキン層３０、４０の両方又は一方が省略されていると、金属板５０、６０を接合する際に、脱気処理をする必要がなく、また、金属板５０、６０の接合後に中空シート材１０内の空気によって金属板５０、６０が膨らんだり凹んだりすることが抑制される。

・ 一枚の第１シート材１００を折り畳み成形してコア層２０を構成するのに限らない。例えば、複数の帯状のシートを所定間隔毎に屈曲させて配置してセルの側壁を構成し、これら帯状のシートの上下両側にスキン層を配置してセルの上壁及び下壁を構成するようにしてもよい。或いは、真空成形法や圧縮成形法等の周知の成形方法によって、帯状のシート材に凹凸形状を形成し、これをコア層２０として上下両側にスキン層を配置してもよい。なお、上下両側のスキン層の両方又は一方を省略して、コア層２０に対して、直接金属板５０、６０を接合するようにしてもよい。

・ 上記実施形態では、一枚の第１シート材１００を折り畳み成形して、コア層２０の内部に六角形状のセルＳが区画形成されたハニカム構造体としてのコア層２０を形成したが、成形方法はこれに限定されない。例えば、特許第４３６８３９９号に記載されるように、断面台形状の凸部が複数列設された三次元構造体を、順次折り畳んでいくことにより、ハニカム構造体としてのコア層２０を形成してもよい。

・ 上記実施形態では、コア層２０の内部に六角柱状のセルＳが区画形成されていたが、セルＳの形状は、特に限定されるものでなく、例えば、四角柱状、八角柱状等の多角形状や円柱状としてもよい。また、セルＳの形状は、接頭円錐形状であってもよい。その際、異なる形状のセルが混在していてもよい。また、各セルは隣接していなくともよく、セルとセルとの間に隙間（空間）が存在していてもよい。

・ 中空シート材１０の構成は上記実施形態のように柱形状のセルＳが区画されたものに限らない。例えば、所定の凹凸形状を有するコア層の上下両面にスキン層を接合したものであってもよい。このような構成の中空シート材としては、例えば特開２０１４−２０５３４１号公報に記載のものが挙げられる。また、断面がハーモニカ状のプラスチックダンボール等であってもよい。

・ 上記実施形態において中空シート材１０を成形する際の熱可塑性樹脂として、各種機能性樹脂を添加したものを使用してもよい。例えば、熱可塑性樹脂に難燃性の樹脂を添加することにより、難燃性を高めることが可能である。また、タルクや無機材料等を混ぜて比重を大きくすることも可能である。コア層２０、スキン層３０、４０のすべてに対して各種機能性樹脂を添加したものを使用することも可能であり、また、コア層２０、スキン層３０、４０の少なくともいずれかに対して使用することも可能である。

・ 上記実施形態においてスキン層３０、４０が多層構造をなしていてもよい。例えば、スキン層３０、４０が比較的溶融温度の低い接着層と難燃性等の機能が付加された機能層とを有していてもよい。この場合、例えば、コア層２０や金属板５０、６０と接合される側に接着層を配置しておくことが好ましい。

・ 中空シート材１０と金属板５０、６０との間に他の層が介在されていてもよい。例えば、中空シート材１０の上面に不織布が接合され、その不織布の上面に上側金属板５０が接合されていてもよい。この場合、不織布も中空シート材１０を構成する層である。また、金属板５０、６０の上面に、他の層（例えば不織布）が接合されていてもよい。

・ 上記実施形態において各金属板５０、６０が、金属製の金属層とその金属層の少なくとも一方の面に配置された熱可塑性樹脂製の樹脂層とを有していてもよい。この場合、各加熱板２２０、２３０は、各金属板５０、６０における金属層と面接触するように、各金属板５０、６０を支持すればよい。また、各加熱板２２０、２３０の対向面における加熱温度は、各金属板５０、６０における樹脂層が軟化できる温度に設定すればよい。このように各金属板５０、６０側にも樹脂層を設けることで、中空シート材１０と各金属板５０、６０との接合強度を高めることができる。また、各金属板５０、６０に樹脂層を設ける場合、その樹脂層の材質として、中空シート材１０を構成する樹脂材料よりも低い温度で溶融する樹脂材料を採用してもよい。

・ 各金属板５０、６０を支持、移動させる構成は、支持板２１０に限らない。例えば、一対の金属板５０、６０の上部を挟み込んで支持するクランプ部材や、磁力により支持するマグネット部材を採用してもよい。また、例えば、各金属板５０、６０に凹部や孔を形成しておき、この凹部や孔にピンを嵌め合わせて支持してもよい。また、例えば各金属板５０、６０を移動させずに固定しておき、代わりに加熱板２２０や中空シート材１０を移動させてもよい。

・ 一対の加熱板２２０、２３０で、各金属板５０、６０を支持した状態の支持板２１０を挟み込んだ際に、支持板２１０における空気の吸引を停止し、各加熱板２２０、２３０における空気の吸引を開始するようにしてもよい。この場合には、一対の加熱板２２０、２３０で各金属板５０、６０を支持した状態の支持板２１０を挟み込んだ後、速やかに各金属板５０、６０が各加熱板２２０に、２３０受け渡されることになる。

・ 支持板２１０及び一対の加熱板２２０、２３０に形成されるエアー吸引孔の構成は、各金属板５０、６０を支持できるのであれば、どのようなものであっても構わない。なお、エアー吸引孔の大きさ（径）を小さくすることで、各金属板５０、６０にエアー吸引孔の痕がつくことを抑制できる。

・ 一対の金属板５０、６０を加熱する方法は上記実施形態のものに限らない。例えば、バーナーやオーブンで加熱してもよいし、ＩＨヒータで加熱してもよい。この場合、例えば、加熱した後の各金属板５０、６０を、支持板２１０で支持、移動させて、中空シート材１０の外面に面接触させるようにしてもよい。

・ 一対のプレス板２４０で挟み込んでプレスする工程がなくても、十分な接合強度や各金属板５０、６０表面の平坦性が確保できるならば、このようなプレス工程は省略できる。積層構造体として求められる接合強度や美観を勘案して、プレス工程の有無を決めればよい。

・ 上記実施形態の説明に用いた図５では、支持板２１０や加熱板２２０、２３０等を鉛直方向に沿って立設されたように描いたが、これはあくまでも例示である。一対の支持板２１０や加熱板２２０、２３０の配置は自由に決定でき、例えば、これらを水平方向に沿って寝かせて配置してもよい。

上記実施形態及び変更例から把握できる技術思想を以下に記載する。
・ 内部に柱形状のセルが複数並設された熱可塑性樹脂製の中空シート材と、前記中空シート材の両面に接合された金属板を備える積層構造体であって、前記金属板が接合された面の少なくとも一方の面には熱変形された凹部が形成され、前記凹部では、前記中空シート材の柱形状のセルが薄肉化している。

・ 内部に柱形状のセルが複数並設された熱可塑性樹脂製の中空シート材に金属板を熱溶着で接合する積層構造体の製造方法であって、前記金属板に凹部を形成するプレス工程と、凹部が形成された金属板を加熱する加熱工程と、加熱状態の金属板を前記中空シート材の表面に配置して、金属板の熱で当該金属板を中空シート材に熱溶着で接合する熱溶着工程とを有する。

１０…中空シート材、１１…塑造凹部、２０…コア層、３０、４０…スキン層、５０、６０…金属板（金属部材）、５１…金属凹部、７０…凹部、７３…孔、９０…持ち手（金属部材）、Ｒ…樹脂溜まり、Ｓ…セル、Ｓ１…第１セル、Ｓ２…第２セル、２１０…支持板、２２０、２３０…加熱板、２４０…冷却板。

Claims (7)

1. 内部に柱形状のセルが複数並設された熱可塑性樹脂製の中空シート材と、前記中空シート材に接合された金属板とを備える積層構造体であって、
   前記中空シート材は、複数の前記セルを区画する側壁部と、前記側壁部の両端縁で前記セルを閉塞する一対の閉塞壁を備え、
   前記中空シート材には塑造凹部が形成されているとともに、前記金属板には前記塑造凹部に接合された金属凹部が形成されており、
   前記塑造凹部では、該塑造凹部が形成されていない部分に比べて一対の前記閉塞壁の間隔が狭くなるとともに、一対の前記閉塞壁の間に前記中空シート材を構成する熱可塑性樹脂からなる樹脂溜まりが形成されており、
   前記樹脂溜まりの間には、前記塑造凹部が形成されていない部分での前記セルの内部空間より狭い隙間が形成されていることを特徴とする積層構造体。
2. 内部に柱形状のセルが複数並設された熱可塑性樹脂製の中空シート材と、前記中空シート材に接合された金属板とを備える積層構造体であって、
   前記中空シート材は、複数の前記セルを区画する側壁部と、前記側壁部の両端縁で前記セルを閉塞する一対の閉塞壁を備え、
   前記中空シート材には塑造凹部が形成されているとともに、前記金属板には前記塑造凹部に接合された金属凹部が形成されており、
   前記塑造凹部では、該塑造凹部が形成されていない部分に比べて一対の前記閉塞壁の間隔が狭くされて一対の前記閉塞壁の間に前記中空シート材を構成する熱可塑性樹脂からなる樹脂溜まりが形成されているとともに、前記塑造凹部が形成されていない部分に比べて複数の前記側壁部が互いに同じ方向に傾斜するように変形しており、
   前記樹脂溜まりの間には、前記塑造凹部が形成されていない部分での前記セルの内部空間より狭い隙間が形成されていることを特徴とする積層構造体。
3. 内部に柱形状のセルが複数並設された熱可塑性樹脂製の中空シート材と、前記中空シート材に接合された金属板とを備える積層構造体であって、
   前記中空シート材は、複数の前記セルを区画する側壁部と、前記側壁部の両端縁で前記セルを閉塞する一対の閉塞壁を備え、
   前記中空シート材には塑造凹部が形成されているとともに、前記金属板には前記塑造凹部に接合された金属凹部が形成されており、
   前記塑造凹部では、該塑造凹部が形成されていない部分に比べて一対の前記閉塞壁の間隔が狭くされて一対の前記閉塞壁の間に前記中空シート材を構成する熱可塑性樹脂からなる樹脂溜まりが形成されているとともに、前記塑造凹部が形成されていない部分に比べて複数の前記側壁部が互いに異なる方向に傾斜するように変形しており、
   前記樹脂溜まりの間には、前記塑造凹部が形成されていない部分での前記セルの内部空間より狭い隙間が形成されていることを特徴とする積層構造体。
4. 前記金属凹部及び前記塑造凹部には、孔が形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層構造体。
5. 前記金属凹部及び前記塑造凹部は複数形成され、前記金属板が接合された面が波状となっている請求項１〜４のいずれか一項に記載の積層構造体。
6. 内部に柱形状のセルが複数並設された熱可塑性樹脂製の中空シート材と、前記中空シート材に接合された金属部材とを備えるとともに、凹部が形成された積層構造体の製造方法であって、
   金属板をプレスして金属凸部を形成するプレス工程と、加熱された前記金属凸部で前記中空シート材を押圧して前記中空シート材に塑造凹部を形成する押圧工程を備え、
   前記押圧工程では、前記金属凸部を前記塑造凹部に接合して前記凹部を形成することを特徴とする積層構造体の製造方法。
7. 前記押圧工程では、加熱された前記金属凸部により、前記中空シート材を構成する熱可塑性樹脂を熱溶融させて該中空シート材内に樹脂溜まりを形成する請求項６に記載の積層構造体の製造方法。

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