JP7120612B2 - 中空構造体及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、中空構造体及びその製造方法に関する。
内部に複数のセルが並設された中空構造体は、軽量でありながら適度な強度を備えているため、各種車両の構成部材や建材等として使用される場合がある。こうした中空構造体の強度を向上させるために、セル内に発泡樹脂を充填して補強することが知られている。特許文献1には、ハニカム構造の中空構造体のセル内に発泡樹脂を充填してなる化粧パネルに係る発明が記載されている。化粧パネルは、中空構造体の一部のセルに発泡樹脂が充填されてなる樹脂充填部を有しており、残りのセルは空気が気密に閉じ込められた閉空間部とされている。樹脂充填部と閉空間部を分配配置することにより、中空構造体を補強するとともに発泡樹脂の使用量を削減して製作コストの低減を図っている。
特開2001-47535号公報
ところで、複数のセルが厚み方向と直交して並設された中空構造体では、中空状のセルを区画する側壁部が厚み方向に立設されていることから、厚み方向に加わる曲げに対して十分な強度を保てない場合がある。特に、シート材を折り畳み成形してなる中空構造体では、セルを区画する側壁部の一部が、シート材が2層重なり合った形状の2層構造となっている場合があり、厚み方向に掛かる荷重によってその2層構造の側壁部を起点として中空構造体に座屈が生じるおそれがある。
本発明は、従来のこうした問題を解決するためになされたものであり、その目的は、強度に優れた中空構造体を提供することである。
上記の課題を解決するため、本発明は、合成樹脂製の1枚の平坦シート材から所定の凹凸形状を有するように成形された凹凸シート材が折り畳み成形されてなり、内部に複数のセルが並設された中空構造体であって、厚み方向に立設されて前記セルを区画する側壁部の一部は、第1側壁及び第2側壁を備えた2層構造をなし、前記セルの内部には合成樹脂が充填されたセル内充填部が形成されているとともに、前記第1側壁と前記第2側壁との間には合成樹脂が充填された側壁間充填部が形成されている。
上記の構成によれば、中空構造体のセルの内部には合成樹脂が充填されたセル内充填部が形成されており、セルの側壁部とセル内充填部とが接合している。また、2層構造の側壁部を形成する第1側壁と第2側壁との間には合成樹脂が充填された側壁間充填部が形成されており、第1側壁及び第2側壁と側壁間充填部とが接合している。セル内充填部だけでなく、側壁間充填部が形成されていることにより、セル内のみに合成樹脂が充填されている中空構造体に比べて、中空構造体と充填された合成樹脂との接合面積が増加する。また、側壁間充填部が形成されていることにより、2層構造の側壁が補強されている。そのため、中空構造体の厚み方向に荷重が掛かったとしても2層構造の側壁部を起点として中空構造体に座屈が生じにくい。中空構造体の強度が向上する。
また、合成樹脂が充填されていることにより、中空構造体10の剪断強度、曲げ強度、圧縮強度が向上する。強度の優れた中空構造体10が得られる。
上記の構成において、前記セル内充填部及び前記側壁間充填部には発泡材が充填されていることが好ましい。
上記の構成において、前記セル内充填部及び前記側壁間充填部は、連続して形成されていることが好ましい。
上記の課題を解決するため、本発明は、合成樹脂製の1枚の平坦シート材から所定の凹凸形状を有するように成形された凹凸シート材が折り畳み成形されてなり、内部に複数のセルが並設された中空構造体であって、厚み方向に立設されて前記セルを区画する側壁部の端部には、隣接する前記セルの間を連通する孔が形成されており、前記セルの内部には合成樹脂が充填されたセル内充填部が形成されているとともに、前記孔の内周には合成樹脂が充填された孔内充填部が形成されており、前記セル内充填部及び前記孔内充填部は、連続して形成されている。
上記の構成によれば、中空構造体のセルの内部には合成樹脂が充填されたセル内充填部が形成されており、セルの側壁部とセル内充填部とが接合している。また、セルを区画する側壁部の端部には、凹凸シート材が薄肉化することによってセルの間を連通する孔が形成されている。こうした孔の内周にも合成樹脂が充填された孔内充填部が形成されている。そして、セル内充填部及び孔内充填部は連続して形成されている。そのため、孔内充填部がアンカー効果を発揮して、セルの側壁部とセル内充填部との接合の強度を向上させることができる。これにより、中空構造体の強度が向上する。
上記の課題を解決するため、本発明は、厚み方向に立設されて内部に複数のセルを区画する側壁部の一部が第1側壁と第2側壁からなる2層構造をなす中空構造体の製造方法であって、合成樹脂製の1枚の平坦シート材から所定の凹凸形状を有する凹凸シート材を成形する成形工程と、前記凹凸シート材を折り畳んで加熱することにより、一方端が開口した前記セルが並設されるとともに前記第1側壁及び前記第2側壁の両端縁同士が接合されたコア層を形成するコア層形成工程と、前記セル内に発泡材を充填する充填工程とを備え、前記充填工程は、前記セルの一方端の開口から発泡材を注入する。
上記の構成によれば、コア層形成工程で得られたコア層は、一方端が開口したセルが並設されている。また、コア層形成工程での加熱により、2層構造の側壁部を構成する第1側壁及び第2側壁の両端縁同士が接合されている。そのため、充填工程でセルの一方端の開口から発泡材を注入すると、セル内に発泡材が充填されるとともに、セル内に注入された発泡材が第1側壁及び第2側壁の両端縁を除いた中間部分に入り込む。発泡材が発泡することによりセル内に充填された発泡材と側壁間に充填された発泡材とが連続して一体化する。これにより、強度に優れた中空構造体が得られる。
本発明によれば、強度に優れた中空構造体が得られる。
(a)は本実施形態の中空構造体の斜視図。(b)、(c)は(a)の中空構造体を上下方向に切断した断面図であり、(b)はβ‐β線断面図、(c)はγ‐γ線断面図。 図1(a)の中空構造体を水平方向に切断した断面図であり、(a)はA‐A線断面図、(b)はB‐B線断面図。 (a)は凹凸シート材の斜視図、(b)は凹凸シート材の折り畳み途中の状態を示す斜視図、(c)は凹凸シート材を折り畳んだ状態を示す斜視図。 製造装置の一例を示す模式図。 変更例の中空構造体のコア層について説明する図。(a)は凹凸シート材の斜視図、(b)は凹凸シート材の折り畳み途中の状態を示す斜視図、(c)は凹凸シート材を折り畳んだ状態を示す斜視図。
以下、本発明を具体化した一実施形態について説明する。まず、本実施形態の中空構造体10の構造について、図1に基づいて説明する。
図1(a)に示すように、本実施形態の中空構造体10は、内部に複数のセルSが並設されたコア層20と、コア層20の上面20aに接合されたスキン層30と、コア層20の下面20bに接合されたスキン層40を備えている。なお、ここでは、中空構造体10及びコア層20において、スキン層30が接合された側を上、スキン層40が接合された側を下として説明する。
コア層20及びスキン層30、40は、従来周知の熱可塑性樹脂で構成されている。コア層20及びスキン層30、40を構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン共重合体樹脂、アクリル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等が挙げられる。コア層20及びスキン層30、40は同じ材質の熱可塑性樹脂であることが好ましく、本実施形態ではポリプロピレン樹脂製とされている。
図1(b)及び図1(c)に示すように、コア層20は、ポリプロピレン樹脂製のシートを所定形状に成形した1枚のシート材を折り畳んで形成されている。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の間に立設されて六角筒状の壁部を構成する側壁部23とから構成されている。上壁部21、下壁部22、及び側壁部23によって、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る。
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と第2セルS2とが存在する。図1(b)に示すように、第1セルS1は、その上端が上壁部21によって閉塞されるとともに、その下端は閉塞されることなく下方に開口している。つまり、第1セルS1では、コア層20の上面20aは、上壁部21で構成され、下面20bは側壁部23の下端縁で構成されている。
一方、図1(c)に示すように、第2セルS2は、その下端が下壁部22によって閉塞されるとともに、その上端は閉塞されることなく上方に開口している。つまり、第2セルS2では、コア層20の下面20bは、下壁部22で構成され、上面20aは側壁部23の上端縁で構成されている。
図1(a)に示すように、第1セルS1及び第2セルS2は、X方向において第1セルS1同士又は第2セルS2同士が隣接して列を形成するように配置されている。また、X方向に直交するY方向において、第1セルS1の列と第2セルS2の列とが交互に配置されている。
図1(b)及び図1(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、上壁部21及び下壁部22に対して垂直に形成され、第1側壁23a及び第2側壁23bを備える2層構造の側壁部23によって区画されている。第1側壁23aと第2側壁23bは、その上端縁及び下端縁で互いに熱溶着されており、上端縁及び下端縁を除いた上下方向中間部分には互いに熱溶着されていない。隣接する第1セルS1と第2セルS2の間は、上壁部21及び下壁部22に対して垂直に形成される1層構造の側壁部23によって区画されている。
図1(b)及び図1(c)に示すように、コア層20は1枚の凹凸シート材を折り畳んで形成されていることから、セルSを区画する側壁部23の下端部には、他の部分よりシート材の肉厚が薄くされた薄肉部23cが形成されている。図2に示すように、薄肉部23cの一部には、隣接するセルS間を連通する孔23dが形成されている。
図1に示すように、中空構造体10の内部には、合成樹脂が充填された複数の充填部50が形成されている。図1(b)及び図1(c)に示すように、充填部50は、セルSの内部に形成されたセル内充填部51と、2層構造の側壁部23の間に形成された側壁間充填部52と、孔23dの内周に形成された孔内充填部53から構成されている。
図1(a)及び図1(c)に示すように、セル内充填部51は第2セルS2の内部全体に亘って形成されており、第1セルS1の内部には形成されていない。つまり、中空構造体10では、セル内充填部51が形成されたセルS(第2セルS2)が図1(a)のX方向に延びており、セル内充填部51が形成されたセルS(第2セルS2)の列が図1(a)のY方向に交互に配置されている。セル内充填部51は、第2セルS2を構成する各壁部に接合されている。具体的には、下壁部22、側壁部23、及びスキン層30に接合されている。
図1(b)、及び図2(a)に示すように、側壁間充填部52は隣接する第1セルS1同士の間に形成された2層構造の側壁部23間、つまり、隣接する第1セルS1同士の間に対向して配置された第1側壁23a及び第2側壁23bの間に形成されている。側壁間充填部52は、2層構造の側壁部23の上端縁及び下端縁を除いた互いに熱溶着されていない部分のほぼ全体に亘って形成されており、第1側壁23a及び第2側壁23bの上下方向中間部分に入り込むように形成されている。そのため、第1側壁23a及び第2側壁23bは、その上下端縁を除いた部分で側壁間充填部52を介して互いに接合されている。また、図2(a)に示すように、側壁間充填部52は隣接する第2セルS2内のセル内充填部51と連続して形成されている。
図1(c)、及び図2(b)に示すように、孔内充填部53は隣接する第1セルS1及び第2セルS2の間に形成された側壁部23の孔23dの内周に形成されている。孔23dは、側壁部23の下端部においてシート材が薄肉化された薄肉部23cの一部に形成されていることから、孔内充填部53は側壁部23の下端部に形成されている。また、図2(b)に示すように、孔内充填部53は孔23dの内周に接合されているとともに、隣接する第2セルS2内のセル内充填部51と連続して形成されている。なお、図2(b)は、中空構造体10を形成するコア層20の側壁部23の下端部での断面図を示す。
充填部50を構成する合成樹脂としては、例えば、軟質ポリウレタンフォーム、硬質ポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、ポリプロピレンフォーム、フェノールフォーム、EVA(エチレン酢酸ビニル共重合体)架橋発泡材、PET(ポリエチレンテレフタレート)樹脂発泡材等の発泡材、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、各種接着剤等が挙げられる。充填部50は、本実施形態では、硬質ポリウレタンフォームで構成されている。
図1(a)に示すように、スキン層30、40は、コア層20の上壁部21の上面及び下壁部22の下面に、図示しない接着層を介してそれぞれ接合されている。スキン層30は、コア層20の上面20aでは、第1セルS1の上壁部21及び第2セルS2の側壁部23の上端に接合されている。また、スキン層40は、コア層20の下面20bでは、第1セルS1の側壁部23の下端及び第2セルS2の下壁部22に接合されている。そのため、中空構造体10の上面は、第1セルS1では、コア層20の上壁部21とスキン層30からなる2層構造とされ、第2セルS2では、スキン層30のみの1層構造とされている。また、中空構造体10の下面は、第1セルS1では、スキン層40のみの1層構造とされ、第2セルS2では、コア層20の下壁部22とスキン層40からなる2層構造とされている。
次に、本実施形態の中空構造体10の製造方法について、図3及び図4に基づいて説明する。
中空構造体10の製造方法は、成形工程、コア層形成工程、充填工程、及びスキン層接合工程を含む。成形工程は、熱可塑性樹脂製の1枚の平坦シート材から凹凸形状を有する凹凸シート材100を成形する工程である。コア層形成工程は、凹凸シート材100を折り畳んで加熱することによりコア層20を形成する工程である。充填工程は、コア層20の第2セルS2内に合成樹脂を充填する工程である。スキン層接合工程は、コア層20の上下両面にスキン層30、40を接合して中空構造体10を形成する工程である。これら中空構造体10を製造するための各工程は、図4に示す装置Tによって一連の流れで行う。本実施形態の中空構造体10は、充填部50が発泡材で構成されており、充填工程では第2セルS2内に発泡材を充填し、スキン層接合工程と同時に発泡材の発泡工程を行っている。
まず、図4に示す装置について説明する。図4は装置Tを模式図として示しており、左側が上流側、右側が下流側である。装置Tには、上流側から順に、熱可塑性樹脂製のシートが巻回されたシートロール61、成形工程のための真空成形用ドラム62、コア層形成工程のための第1のコンベヤ63、充填工程のための充填冶具64、スキン層30、40の原材料となるシートが巻回されたシートロール65、66、及び発泡工程、スキン層接合工程のための第2のコンベヤ67が配置されている。
図4に示すように、成形工程では、シートロール61に巻回された熱可塑性樹脂製の平坦シート材が真空成形用ドラム62に供給されて、平坦シート材に所定の凹凸形状が形成された凹凸シート材100が成形される。真空成形用ドラム62は、回転駆動可能に軸支されるとともに所定温度に加熱可能に構成されている。真空成形用ドラム62の回転速度は、シートロール61の回転速度と等しくなるように設定されている。さらに、真空成形用ドラム62には円筒状をなす成形金型が取り付けられており、成形金型に形成されている貫通孔を通じた真空引きが可能に構成されている(図示略)。成形金型の外周面には、その周方向に対して凹凸シート材100のX方向が沿うように、凹凸シート材100に成形される凹凸形状(以下で説明する第1膨出部110及び第2膨出部120)と同様の凹凸形状が形成されている。
図3(a)に示すように、成形工程により成形された凹凸シート材100には、帯状をなす第1膨出部110及び第2膨出部120がその幅方向(Y方向)に交互に配置されている。第1膨出部110は、上方へ突出する形状に形成され、第2膨出部120は、下方へ突出する形状に形成されている。第1膨出部110と第2膨出部120はX方向に延びるように交互に配置されている。凹凸シート材100を上面視した場合の第1膨出部110と、凹凸シート材100を下面視した場合の第2膨出部120は、同形状であってX方向に1/2ピッチずつずれた位置に形成されている。
第1膨出部110は、上面110aと、一対の側面110bと、一対の端面110cからなり、Y方向断面形状が、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している。一対の端面110cは、図3(a)に示す折り畳み線Pの位置に形成されている。端面110cと上面110aとのなす角度は約90゜である。
一方、第2膨出部120は、下面120aと一対の側面120bと、一対の端面120cからなり、Y方向断面形状が、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している。一対の端面120cは、図3(a)に示す折り畳み線Qの位置に形成されている。端面120cと下面120aとのなす角度は約90゜である。第2膨出部120のX方向の長さ、つまり、一対の端面120c間の長さは、第1膨出部110のX方向の長さ、つまり、一対の端面110c間の長さと同じである。第2膨出部120の端面120cは、第1膨出部110のX方向の中央に位置している。なお、第1膨出部110の側面110bと第2膨出部120の側面120bは説明の便宜上分けているが、同じ構成である。
このように、成形工程では、平坦シート材の塑性を利用した真空成形法により、平坦シート材を部分的に上方に膨出させ、或いは下方へ膨出させて形成された第1膨出部110及び第2膨出部120を有する凹凸シート材100が得られる。第2膨出部120の下面120a及び側面120bと端面120cとの境界部分近傍は、平坦シート材が延ばされて薄肉化されており、これがコア層20の側壁部23下端部の薄肉部23cとなる。
図4に示すように、コア層形成工程では、凹凸シート材100は第1のコンベヤ63によって、その上下方向の移動を規制された状態で下流側へと搬送される。このとき、第1のコンベヤ63による搬送速度は、第1のコンベヤ63の上流側に配置されたシートロール61及び真空成形用ドラム62の回転速度よりも遅くなるように設定されている。つまり、第1のコンベヤ63による搬送速度は、上流側から供給される凹凸シート材100の供給速度より遅くなるように設定されている。また、第1のコンベヤ63には、第1のコンベヤ63間の温度を所定温度に加熱するための加熱装置63aが設けられている。そのため、凹凸シート材100は、第1のコンベヤ63間を搬送されるに際して、加熱されつつ下流方向へ圧縮されながら折り畳まれ、コア層20が形成される。
図3(b)及び図3(c)に示すように、第1のコンベヤ63の搬送速度が、その上流側から供給される凹凸シート材100の供給速度よりも遅くなるように設定されていることにより、凹凸シート材100は、折り畳み線P、Qに沿って順次折り畳まれることによりコア層20が形成される。具体的には、図3(b)に示すように、凹凸シート材100は、折り畳み線Pに沿って山折りされ、折り畳み線Qに沿って谷折りされる。図3(c)に示すように、一つの第1膨出部110では、X方向の中央部分に設けられた折り畳み線Qで谷折りされて、X方向右側の上面110aとX方向左側の上面110aが立設状態で当接する。折り畳まれた第1膨出部110では、立設状態で当接したX方向右側の上面110aとX方向左側の上面110aにより、コア層20の2層構造の側壁部23が形成され、側面110bにより、コア層20の1層構造の側壁部23が形成される。側壁部23の上端には、隣り合う第1膨出部110の端面110cからなる上壁部21が形成される。
また、一つの第2膨出部120では、隣り合う折り畳み線QのX方向中央に設けられた折り畳み線Pで山折りされ、X方向右側の下面120aとX方向左側の下面120aが立設状態で当接する。折り畳まれた第2膨出部120では、立設状態で当接したX方向右側の下面120aとX方向左側の下面120aにより、コア層20の2層構造の側壁部23が形成され、側面120bにより、コア層の20の1層構造の側壁部23が形成される。側壁部23の下端には、隣り合う第2膨出部120の端面120cからなる下壁部22が形成される。
コア層形成工程では、第1のコンベヤ63は加熱装置63aにより加熱されている。そのため、折り畳まれて形成されたコア層20は、第1のコンベヤ63によって加熱押圧される。これにより、折り畳まれたコア層20の2層構造の側壁部23の上端縁及び下端縁は熱溶着された状態となる一方で上端縁及び下端縁を除いた部分は熱溶着されていない。また、加熱により上壁部21及び下壁部22が部分的に溶融することにより、セルSの内側に向かってバリ状の突起が形成される。これにより、後に説明するスキン層接合工程でのコア層20とスキン層30、40との接合面積が増える。さらに、側壁部23の下端部では、凹凸シート材100成形時に薄肉化された薄肉部23cに、部分的に孔23dが形成される。
図4に示すように、コア層形成工程により得られたコア層20は、第1のコンベヤ63での搬送速度と等しい速度を保ったまま、充填冶具64の下方に向かって移動する。そのため、折り畳まれて2層構造の側壁部23の上端縁及び下端縁が熱溶着された状態のコア層20は、その形状を保持しながら充填冶具64の下方位置に到達する。
充填冶具64は、長尺パイプ状でその周面に複数の噴出孔が貫設されており、発泡材が充填されたタンク(図示略)に連結されている。長尺パイプ状の充填冶具64は、その軸線方向をコア層20の供給方向(図3(c)のX方向)と直交するように配置されており、各噴出孔の間隔は、コア層20のセルSの形成ピッチの2倍となるように形成されている。各噴出孔からは一定量で同量の発泡材が噴出可能に構成されている。発泡材としては、例えば、ブタンを発泡剤とするビーズ状のものを挙げることができるが、従来周知の化学発泡による発泡材や物理発泡による発泡材を適宜選択することができる。
コア層20の第2セルS2は、上壁部21が形成されていないことから上方端が開口している。充填冶具64からの発泡材は、コア層20が充填冶具64の下方を所定速度で移動する際に、第2セルS2の上方端の開口から注入されていく。このようにして、充填冶具64の下方に配置されたコア層20に対して充填冶具64の各噴出孔から発泡材を噴出させると、各第2セルS2に対して同量の発泡材を順次注入することができる。
発泡工程及びスキン層接合工程では、第2セルS2内に注入した発泡材を発泡させると同時に、コア層20の上下両面にスキン層30、40を接合する。
発泡材が注入されたコア層20は、第2のコンベヤ67に向かって移動する。第2のコンベヤ67による搬送速度は第1のコンベヤ63による搬送速度と等しくなるように設定されている。また、第2のコンベヤ67には加熱装置67aが設けられている。第2のコンベヤ67の搬入口近傍には、スキン層30、40となる熱可塑性樹脂製のシートが巻回されたシートロール65、66がそれぞれ配置されている。シートロール65、66に巻回されたシートには図示しない接着剤が塗布されている。ここでの接着剤は、ポリプロピレン樹脂と相溶性のある樹脂で構成されたホットメルト系接着剤であることが好ましいが、接着剤を省略することもできる。
図4に示すように、第2のコンベヤ67の間を通過するコア層20の上面20a及び下面20bには、シートロール65、66に巻回された熱可塑性樹脂製のシートが供給される。シートに塗布された接着剤は溶融状態とされている。
第2のコンベヤ67には加熱装置67aが設けられているため、第2のコンベヤ67を通過する際には、シートに塗布された接着剤は溶融状態に維持されている。そして、コア層20の第2セルS2内に注入された発泡材は、加熱装置67aによる加熱により発泡して、第2セルS2内に充填されるとともに隣接する第1セルS1の第1側壁23a及び第2側壁23b間や、隣接する第2セルS2の側壁部23に形成された孔23d内に入り込んでいく。このとき、側壁部23の下端部の薄肉部23cでは、発泡材の充填圧や発泡圧によって新たな孔23dが形成されることがあり、こうして新たに形成された孔23dにも発泡材が入り込んでいく。また、上壁部21及び下壁部22が部分的に溶融することによって形成されたバリ状の突起により、発泡材は第2セルS2からはみ出しにくくなる。
続いて、上下両面にシートが配置され、第2セルS2内に発泡材が充填されたコア層20は、下流側に移動して冷却される。これによりシートに塗布された接着剤が冷却固化され、コア層20の上面20a及び下面20bにシートが接合される。また、コア層20の内部で発泡材が発泡することにより充填部50が形成される。具体的には、第2セルS2内部ではセル内充填部51が形成され、2層構造の側壁部23間では側壁間充填部52が形成され、孔23dの内周では孔内充填部53が形成される。充填部50が形成され、その上面20a及び下面20bにスキン層30、40が接合された中空構造体10が得られる。なお、第2セルS2内に充填した発泡材が発泡する際にガスが発生するが、このガスはスキン層30、40が接合される前に第2セルS2の上方の開口部から抜ける。また、スキン層30、40が接合された後には、2層構造の側壁部23から抜ける。
次に、中空構造体10の作用について図2に基づいて説明する。
図2に示すように、凹凸シート材100を折り畳んで形成されたコア層20は、セルSを区画する側壁部23がコア層20(中空構造体10)の厚み方向に立設されており、複数のセルSは、コア層20(中空構造体10)の厚み方向に延びるように形成されている。複数のセルSのうち、上方に開口する第2セルS2内には発泡材を充填、発泡してなるセル内充填部51が形成されて中実状となっている。そのため、セル内充填部51を構成する発泡材は、第2セルS2を区画する各壁(下壁部22、側壁部23、スキン層30)に接合されており、中空構造体10は、その厚み方向に掛かる荷重に対する強度が向上する。
図2(a)に示すように、隣接する第1セルS1同士の間は、第1側壁23a及び第2側壁23bを備える2層構造の側壁部23によって区画されている。第1側壁23a及び第2側壁23bは、コア層形成工程での第1のコンベヤ63を通過する際の加熱押圧により、その上端縁及び下端縁が互いに熱溶着されており、上下方向中間部分には互いに熱溶着されていない部分が存在している。隣接する第1セルS1同士の間の側壁部23間では、互いに熱溶着されていない上下方向中間部分に、側壁間充填部52が形成されている。そのため、側壁間充填部52を構成する発泡材は、第1セルS1を区画する側壁部23間に接合されており、中空構造体10の厚み方向に掛かる荷重に対して2層構造の側壁部23を起点とする座屈が生じにくい。これにより、中空構造体10の強度が向上する。
図2(a)に示すように、側壁間充填部52は、発泡材の充填工程で第2セルS2の上方開口から注入した発泡材が、発泡工程での加熱によって発泡し、第2セルS2から側壁部23に入り込んでいくことによって形成されている。そのため、側壁間充填部52はセル内充填部51と連続した形状で一体化して形成されている。側壁間充填部52及びセル内充填部51が形成されていることにより、充填部50とコア層20の側壁部23との接合面積が増加し、これらが連続していることにより連続した接合部分の面積が増加する。これにより、中空構造体10の強度が向上する。
図1(c)及び図2(b)に示すように、側壁部23の下端部には、凹凸シート材100成形時に肉厚が薄くされた薄肉部23cの一部に孔23dが形成されている。また、発泡材の充填圧や発泡圧によっても、薄肉部23cの一部に孔23dが形成される。図2(b)に示すように、孔23dの内周には、孔内充填部53が形成されて、孔23dの内周に発泡材が接合されている。孔内充填部53は、発泡材の充填工程で第2セルS2の上方開口から注入した発泡材が、発泡工程での加熱によって発泡し、第2セルS2から孔23d内に入り込んでいくことによって形成されている。そのため、孔内充填部53はセル内充填部51と連続した形状で一体化して形成されている。孔内充填部53及びセル内充填部51が形成されていることにより、発泡材とコア層20の側壁部23との接合面積が増加して強度が向上し、これらが連続していることにより、孔内充填部53がアンカー効果を発揮する。
本実施形態の中空構造体10及びその製造方法によれば以下の効果が得られる。
(1)本実施形態の中空構造体10は、第1セルS1を区画する2層構造の第1側壁23a及び第2側壁23bの間に、発泡材が充填された側壁間充填部52が形成されており、第1側壁23a及び第2側壁23bが発泡材を介して接合されている。そのため、中空構造体10の厚み方向に荷重が掛かったとして座屈が生じにくい。また、発泡材が充填されていることにより、中空構造体10の剪断強度、曲げ強度、圧縮強度が向上する。強度の優れた中空構造体10が得られる。
(2)本実施形態の中空構造体10は、内部に区画された複数のセルSの一部(第2セルS2)に発泡材が充填されたセル内充填部51が形成されて中実状となっており、発泡材がセルSを区画する側壁部23に接合している。また、第1セルS1を区画する2層構造の第1側壁23a及び第2側壁23bの間には、発泡材が充填された側壁間充填部52が形成されており、発泡材が第1側壁23a及び第2側壁23bに接合している。そのため、セル内充填部51のみが形成されているものと比較して、発泡材と側壁部23との接合面積が増加している。これにより、発泡材と側壁部23との接合強度が増加し、強度に優れた中空構造体10が得られる。また、セル内充填部51と側壁間充填部52は連続して形成されている。これによっても、中空構造体10の強度が向上する。
(3)セル内充填部51及び側壁間充填部52が連続して形成されていることから、側壁間充填部52がアンカー効果を発揮する。充填部50に充填された発泡材の強度が向上する。
(4)本実施形態の中空構造体10は、側壁部23の下端部に孔23dが形成されており、孔23dの内周には発泡材が充填された孔内充填部53が形成されている。孔内充填部53の発泡材は孔23dの内周に接合しており、孔内充填部53はセル内充填部51と連続して形成されている。そのため、発泡材とコア層20の側壁部23との接合面積が増加して強度が向上するとともに、孔内充填部53がアンカー効果を発揮する。側壁部23が補強され、中空構造体10の座屈が生じにくい。中空構造体10の強度が向上する。
(5)中空構造体10には、発泡材が充填されたセル内充填部51が形成されている。そのため、吸音性に優れるとともに、断熱性に優れた中空構造体10が得られる。側壁間充填部52、孔内充填部53によっても同様の効果が得られる。セル内充填部51だけでなく、側壁間充填部52や孔内充填部53が形成されていることにより、吸音性及び断熱性を向上させることができる。
(6)セル内充填部51は、中空構造体10に並設された複数のセルSのうち、第2セルS2に形成されており、第1セルS1には形成されていない。そのため、中空構造体10を軽量としつつ強度を向上させることができる。また、発泡材の使用量が少なく、コスト的にも有利である。
(7)セルSを区画する2層構造の側壁部23の上端縁及び下端縁は熱溶着されている。そのため、2層構造の側壁部23を起点とする座屈が生じにくく、中空構造体10の厚み方向の曲げに対する強度が向上する。
(8)側壁間充填部52及び孔内充填部53は、充填工程で第2セルS2内へ発泡材を充填し、発泡工程で発泡させることにより、発泡材を側壁部23間及び孔23d内に入り込ませてセル内充填部51と同時に形成することができる。側壁間充填部52及び孔内充填部53の形成が容易である。
(9)セル内充填部51は、上方に開口した第2セルS2に対して充填冶具64からの発泡材を順次第2セルS2の上方から注入して発泡させることにより形成している。そのため、セル内充填部51の形成が容易である。
(10)発泡材の発泡は、コア層20にスキン層30、40を接合するスキン層接合工程と同時に行っている。そのため、工程を簡略化することができる。
(11)本実施形態の中空構造体10は、成形工程、コア層形成工程、充填工程、発泡工程、及びスキン層接合工程を経て製造され、各工程は、装置Tによる一連の流れで行っている。そのため、生産性、量産性に優れ、コスト的に有利に中空構造体10を製造することができる。
(12)コア層形成工程を構成する第1のコンベヤ63による搬送速度は、第1のコンベヤ63の上流側に配置されたシートロール61及び真空成形用ドラム62の回転速度よりも遅くなるように設定されている。つまり、第1のコンベヤ63による搬送速度は、真空成形用ドラム62を通過した凹凸シート材100の供給速度より遅い。そのため、凹凸シート材100は、折り畳み線P、Qに沿って順次折り畳まれる。凹凸シート材100を移動させることによってコア層形成工程を容易に行うことができる。
(13)コア層形成工程を構成する第1のコンベヤ63には、加熱装置63aが設けられている。そのため、凹凸シート材100を折り畳んでコア層20を形成する作業と、コア層20の2層構造の側壁部23の上端縁及び下端縁を熱溶着する作業とを同時に行うことができる。
上記実施形態は、次のように変更できる。なお、上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて適用することができる。
・上記実施形態の中空構造体10では、セル内充填部51と側壁間充填部52が連続しているが、必ずしも連続していなくてもよい。また、一部の側壁間充填部52のみがセル内充填部51と連続していており、残りの側壁間充填部52はセル内充填部51と連続していなくてもよい。セル内充填部51と側壁間充填部52とが連続していなくても、側壁間充填部52が形成されていることにより発泡材と側壁部23との接合面積が増えて、中空構造体10の強度が向上する。
・セル内充填部51は、中空構造体10に形成された第2セルS2のすべてではなく、第2セルS2の一部に形成されていてもよい。例えば、図1(a)に示すY方向において、セル内充填部51が形成された第2セルS2の列と、セル内充填部51が形成されていない第2セルS2の列とが交互に配置されていてもよい。この場合、側壁間充填部52の一側端のみがセル内充填部51に連続していることになる。
・セル内充填部51は第2セルS2の内部全体に亘って形成されていなくてもよく、第2セルS2の内部の一部に形成されていてもよい。この場合、少なくとも第2セルS2の側壁部23の内周にセル内充填部51が形成されて、側壁部23に発泡材が接合されていればよい。
・セル内充填部51は、第2セルS2だけでなく、第1セルS1内に形成されていてもよい。また、第1セルS1に形成されており、第2セルS2には形成されていなくてもよい。さらに、第1セルS1の一部に形成されていてもよく、第2セルS2の一部に形成されていてもよい。第1セルS1内にセル内充填部51が形成されている場合、側壁間充填部52は、隣接する第2セルS2同士の間の側壁部23間に形成されていることになる。
・セル内充填部51は、第2セルS2の上壁部21、下壁部22及び側壁部23全面に接合されていてもよい。中空構造体10の曲げに対する強度を向上させることができる。また、中空構造体10の吸音性、断熱性を向上させることができる。
・充填部50としては、内部に複数のセルSが並設された平板状の中空構造体10におけるセルSのうち、中空構造体10の側端面側に位置する第1セルS1や第2セルS2に合成樹脂を充填して形成してもよい。これにより、中空構造体10を落としたときの衝撃を吸収しやすく、強度を向上させることができる。
・セル内充填部51は、一つのセルS内で、対向する側壁部23の間を繋ぐように直線的に充填してもよい。中空構造体10の曲げに対する強度を向上させることができる。
・充填部50は、中空構造体10の用途に合わせて適宜その形成位置を調整することができる。例えば、中空構造体10にヒンジ部を形成するような場合、ヒンジ部となる部分に充填部50を形成する。これにより、ヒンジ部分の強度を向上させることができる。また、中空構造体10に持ち手部品を取り付けて使用するような場合、持ち手部品を取り付ける部分に充填部50を形成する。これにより、持ち手部品の締結強度を向上させることができる。さらに、中空構造体10にボルト、ナット、ネジ等を締結して使用するような場合、締結箇所となる部分に充填部50を形成する。これにより、締結強度を向上させることができる。
・側壁間充填部52は、隣接する第1セルS1の間に形成された2層構造の側壁部23のすべてに形成されていなくてもよい。側壁間充填部52が形成された側壁部23と側壁間充填部52が形成されていない側壁部23が混在していてもよい。
・側壁間充填部52は、第1側壁23a及び第2側壁23bにおける上端縁及び下端縁の熱溶着部を除いたほぼ全体に亘って形成されていてもよく、その一部に形成されていてもよい。この場合、少なくとも第1側壁23a及び第2側壁23bに発泡材が接合されていればよい。
・孔内充填部53は、側壁部23のすべての孔23dに形成されていなくてもよい。孔内充填部53が形成された孔23dと孔内充填部53が形成されていない孔23dが混在していてもよい。
・孔内充填部53は、孔23dの内周のみでなく、孔23d全体に形成されていてもよい。また、図2(b)に示すように、孔内充填部53が第1セルS1内にはみ出した状態となっていてもよい。
・孔23dは、すべての側壁部23の下端部に形成されていなくてもよい。
・孔23dは、側壁部23の下端部以外に形成されていてもよい。
・充填部50は、発泡材で構成されていなくてもよい。発泡材でない合成樹脂を充填することによって形成されていてもよい。
・充填部50は、充填冶具64からの発泡材の噴出注入によって形成されていなくてもよい。例えば、ビーズ状の発泡材を、充填冶具64を使用することなく第2セルS2内に入れて加熱発泡させることによって形成されていてもよい。
・コア層20を形成する凹凸シート材100では、第1膨出部110の上面110aと端面110cのなす角度が約90゜であり、図3(a)では、上面110aは平坦面として形成されている。また、第2膨出部120の下面120aと端面120cのなす角度は約90゜であり、図3(a)では、下面120aは平坦面として形成されている。しかし、上面110a及び下面120aの形状はこうした平坦面に限定されない。例えば、上面110aが上方に湾曲する形状に膨出していてもよく、また、下面120aが下方に湾曲する形状に膨出していてもよい。
・コア層20は、凹凸シート材100を折り畳む折り畳み工程を経て形成されたものでなくてもよい。例えば、図5(a)に示すような凹凸シート材200からコア層80を形成してもよい。
図5(a)に示すように、凹凸シート材200は、帯状をなす平面領域210及び膨出領域220が、凹凸シート材200の長手方向(X方向)に交互に配置されている。膨出領域220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221が膨出領域220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221の上面と側面とのなす角は90゜であることが好ましく、その結果として、第1膨出部221の断面形状は下向コ字状となる。また、第1膨出部221の幅(上面の短手方向の長さ)は平面領域210の幅と等しく、かつ第1膨出部221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220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222が、第1膨出部221に直交するように形成されている。第2膨出部222の膨出高さは第1膨出部221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222間の間隔は、第2膨出部222の上面の幅と等しくなっている。
図5(a)及び図5(b)に示すように、上述のように構成された凹凸シート材200を、折り畳み線P、Qに沿って折り畳むことでコア層80が形成される。具体的には、凹凸シート材200を、平面領域210と膨出領域220との折り畳み線Pにて谷折りするとともに、第1膨出部221の上面と側面との折り畳み線Qにて山折りしてX方向に収縮する。そして、図5(b)及び図5(c)に示すように、第1膨出部221の上面と側面とが折り重なるとともに、第2膨出部222の端面と平面領域210とが折り重なることによって、一つの膨出領域220に対して一つのY方向に延びる角柱状の区画体230が形成される。こうした区画体230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80が形成される。
上記のように凹凸シート材200を折り畳み形成するとき、第1膨出部221の上面と側面とによってコア層80の上壁部81が形成されるとともに、第2膨出部222の端面と平面領域210とによってコア層80の下壁部82が形成される。
また、第2膨出部222が折り畳まれて区画形成される六角柱形状の領域がコア層80における第2セルS2´となるとともに、隣り合う一対の区画体230間に区画形成される六角柱形状の領域がコア層80における第1セルS1´となる。本実施形態では、第2膨出部222の上面及び側面が第2セルS2´の側壁部83を構成するとともに、第2膨出部222の側面と、膨出領域220における第2膨出部222間に位置する平面部分とが第1セルS1´の側壁部83を構成する。そして、第2膨出部222の上面同士の当接部位、及び膨出領域220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83となる。
こうした凹凸シート材200から形成されたコア層80では、第1セルS1´の上面は2層構造の上壁部81で閉塞され、第2セルS2´の上面は1層構造の上壁部81で閉塞されている。充填工程において装置Tにより発泡材を充填する場合には、第1セルS1´及び第2セルS2´のいずれも上方に開口していないことから、充填工程に先立って上壁部81に開口部を貫設するか、或いは、上壁部81を貫通するようなノズルが形成された充填冶具により、開口部を形成しつつ発泡材を充填すればよい。
・本実施形態の中空構造体10の製造方法では、成形工程、コア層形成工程、充填工程、発泡工程、及びスキン層接合工程を、装置Tによる一連の流れで行った。これに限定されず、一つの装置ではなく、複数の装置で行ってもよい。例えば、凹凸シート材100を成形する成形工程とコア層形成工程を別の装置で行ってもよく、コア層形成工程とスキン層接合工程を別の装置で行ってもよい。
・本実施形態では、発泡工程とスキン層接合工程を同時に行ったが、これに限定されない。発泡材を加熱発泡させるための工程を、シートロール65、66からシートを供給する工程の前に設け、発泡材が加熱発泡した状態のコア層20に対してスキン層30、40を接合するようにしてもよい。
・充填工程では、第2セルS2の上方の開口から発泡材を充填するものに限らない。側壁部23を貫通するような充填冶具により充填してもよい。
・充填冶具64として長尺パイプ状でその周面に複数の噴出孔が貫設されているものを例示したが、これに限定されない。例えば、先端の噴出孔から発泡材が噴出される充填冶具64を使用して、先端の噴出孔を第2セルS2の並列方向に移動させながら発泡材を注入してもよい。
・本実施形態の中空構造体10の製造方法における接合工程では、スキン層30、40は接着剤によってコア層20に接合されているが、コア層20に熱溶着されることによって接合されていてもよい。この場合、コア層20、スキン層30、40を構成する熱可塑性樹脂の熱溶融温度を考慮して、第2のコンベヤ67の加熱装置67aの温度を調整すればよい。
・本実施形態の中空構造体10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るが、セルSの形状はこれに限定されない。例えば、四角柱状、八角柱状等の多角柱状や円柱状としてもよい。
・中空構造体10に接合されているスキン層30、40は1層構造ではなく、少なくともいずれかが多層構造であってもよい。例えば、低融点フィルム層、柄を印刷した装飾層、不織布層等を有する多層構造であってもよい。
・スキン層30、40の少なくともいずれかを省略してもよい。
・コア層20、及びスキン層30、40を構成する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。コア層20、及びスキン層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、及びスキン層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。
10…中空構造体、20…コア層、21、81…上壁部、22、82…下壁部、23、83…側壁部、23a…第1側壁、23b…第2側壁、23c…薄肉部、23d…孔、30…スキン層、40…スキン層、50…充填部、51…セル内充填部、52…側壁間充填部、53…孔内充填部、100、200…凹凸シート材(シート材)、S…セル、S1、S1´…第1セル、S2、S2´…第2セル。

Claims (4)

  1. 合成樹脂製の1枚の平坦シート材から所定の凹凸形状を有するように成形された凹凸シート材が折り畳み成形されてなり、内部に複数のセルが並設された中空構造体であって、
    厚み方向に立設されて前記セルを区画する側壁部の一部は、第1側壁及び第2側壁を備えた2層構造をなし、
    前記セルの内部には合成樹脂が充填されたセル内充填部が形成されているとともに、前記第1側壁と前記第2側壁との間には合成樹脂が充填された側壁間充填部が形成されており、
    前記セル内充填部及び前記側壁間充填部には発泡材が充填されている中空構造体。
  2. 合成樹脂製の1枚の平坦シート材から所定の凹凸形状を有するように成形された凹凸シート材が折り畳み成形されてなり、内部に複数のセルが並設された中空構造体であって、
    厚み方向に立設されて前記セルを区画する側壁部の一部は、第1側壁及び第2側壁を備えた2層構造をなし、
    前記セルの内部には合成樹脂が充填されたセル内充填部が形成されているとともに、前記第1側壁と前記第2側壁との間には合成樹脂が充填された側壁間充填部が形成されており、
    前記セル内充填部及び前記側壁間充填部は、連続して形成されている中空構造体。
  3. 合成樹脂製の1枚の平坦シート材から所定の凹凸形状を有するように成形された凹凸シート材が折り畳み成形されてなり、内部に複数のセルが並設された中空構造体であって、
    厚み方向に立設されて前記セルを区画する側壁部の端部には、前記凹凸シート材の肉厚が薄くされた薄肉部が形成されており、
    前記薄肉部には、隣接する前記セルの間を連通する孔が形成されており、
    前記セルの内部には合成樹脂が充填されたセル内充填部が形成されているとともに、前記孔の内周には合成樹脂が充填された孔内充填部が形成されており、
    前記セル内充填部及び前記孔内充填部は、連続して形成されており、
    前記セル内充填部及び前記孔内充填部には発泡材が充填されている中空構造体。
  4. 厚み方向に立設されて内部に複数のセルを区画する側壁部の一部が第1側壁と第2側壁からなる2層構造をなす中空構造体の製造方法であって、
    合成樹脂製の1枚の平坦シート材から所定の凹凸形状を有する凹凸シート材を成形する成形工程と、
    前記凹凸シート材を折り畳んで加熱することにより、一方端が開口した前記セルが並設されるとともに前記第1側壁及び前記第2側壁の両端縁同士が接合されたコア層を形成するコア層形成工程と、
    前記セル内に発泡材を充填する充填工程とを備え、
    前記充填工程は、前記セルの一方端の開口から発泡材を注入する中空構造体の製造方法。
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