JP4368399B2 - 半閉型の熱可塑性ハニカム体、その製造工程および製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、折り畳まれたハニカム構造のようなセル状構造、これを製造する方法および製造装置に関する。本発明は特に、熱可塑性の折り畳まれたハニカム構造、これを製造する工程および装置に関する。

発明の技術的背景
ＷＯ９７／０３８１６から公知の折り畳まれたハニカム体は、単一の層、たとえば平面体から連続的に製造される。切り込みを入れた後に折り畳むことにより、六角形のセルが設けられる。セルは被覆層接続面によりつなげられる。切り込みのない折り畳まれたハニカム体は、熱可塑性フィルムの連続層から、回転真空熱成形により経済的に製造可能である。このような折り畳まれたハニカム体はＷＯ００／３２３８２において説明されており、これは各六角形セルを両側で被覆する接続面を有する。

発明の概要
本発明の目的は、折り畳まれたハニカム構造を、切り込みを使用せずに製造する方法および装置の提供を可能にすることである。

本発明の長所は、真空成形および被覆層への良好な取り付けを可能にすることである。さらなる長所は、材料の使用が最小ですむことである。

この目的は、添付の請求項の主題に係り達成され、さらに従属請求項の特徴によりさらに発展される。

本発明は、列をなして配置される複数のセルから形成される折り畳まれたハニカム構造を提供する。これはセルを備え、このセルは相互にリング状に隣接するとともに被覆層平面により各セルの２つの開放側に向かって固定される横方向のセル壁を有し、セルは一方のまたは他方の被覆層平面で部分的にまたは完全につなげられる。折り畳まれたハニカム体は、実質的に切られていない平面体から形成されており、折り畳まれたハニカム体は塑性変形により形成される複数の三次元構造（１および２）と、塑性変形により作成される接続領域（３および４）とを有し、接続領域（３、４）は折り畳まれたハニカム体の一方または他方の被覆層平面に配置される。

本発明の別の態様では、平面体、たとえばウェブ基材が、主に材料平面に対して垂直に塑性変形され、たとえば折り畳まれて、セル壁が合わさり接続可能になるまで伝達方向へ縮小される。ハニカムセル壁の両被覆層への良好な取り付けを、追加材料を最小限に留めて可能にするために、ＵまたはＶ字形の接続領域が半六角形のセル壁の間に形成される。

したがって、本発明は以下を備える、折り畳まれたハニカム体を塑性変形可能な平面体から製造するための工程を提供する。
ａ）第１三次元構造（１および２）と、第２接続領域（３および４）とを平面体に形成するために平面体を塑性変形し、第２接続領域が第１三次元構造の間に形成されることと、ｂ）リング状に相互に接続するセル壁を有するセルを形成するために三次元構造を相互に向かって折り畳み、これにより１つのセルのセル壁がハニカム構造内で別のセルが有する
セル壁に接続すること。

さらに、本発明は、以下を備える、折り畳まれたハニカム体を塑性変形可能な平面体から製造するための装置を提供する。
ａ）第１三次元構造（１および２）と、第２接続領域（３および４）とを平面体に塑性変形により形成し、その際第２接続領域が第１三次元構造の間に形成されている、手段と、ｂ）リング状に相互に隣接するセル壁を有するセルを形成するために三次元構造を相互に向かって折り畳み、これにより１つのセルのセル壁がハニカム構造内で別のセルが有するセル壁と接続するための手段。

本発明およびその例示的実施形態を以下の概略的図面に関連して説明する。

例示的実施形態の説明
本発明は、特定の実施形態および特定の図面に関連して説明されるが、これには限定されず、請求項のみによって限定されるものである。図面は単に概略的なものであり、これに限定されない。図面では、一部の要素に関しては、説明のため誇張されており、正確な縮尺で示されていない場合がある。本明細書および請求項において「備える」という用語が使用される場合、これは他の要素またはステップを排除するものではない。さらに、明細書および請求項における第１、第２、第３、ならびにこれに類似の用語は、類似の要素を区別するために使用されており、必ずしも順番または時間的順序を表すものではない。こうして使用される用語は、適切な状況では相互に入れ替えることが可能であり、ここで説明される本発明の実施形態は、ここで説明される順序でも実施可能であることが理解されよう。

図１は、塑性変形可能材料からなる平坦板の一区分を示す。塑性変形可能材料は、薄い熱可塑性ポリマー材料、繊維複合材料、塑性変形である紙または金属薄板等であることが可能である。本実施形態に係り平坦板は、ウェブ基材に対して主に垂直に形成される塑性変形部１、２を有する。領域１および２では、材料はたとえば台形のような多角形、正弦または弓形等の形状にウェブ基材の平面から変形される。変形部は凸部８と凹部９とを形成し、それにより、これらはそれぞれ連続していない。たとえば、凸部は変形区分１、２の一連の線状部分から、たとえば台形のような多角形、正弦状、または弓形の区分等で構成される。好適には凸部は、当初（たとえば成形時）はウェブ基材の平面に対して平行であってもよい上面１５を有する。製造方向は好適には図１に示されるとおりであるが、これと垂直の方向（軸線５および６に対して平行）も使用可能である。

好適には領域１および２は、傾斜して、すなわち相互に向かって軸線５および／または６を中心に回転されて形成され、さらにＵまたはＶ字形の接続領域３および４を形成する。領域３および４は、凸区分１、２、たとえば台形である多角形、正弦状または弓形等の区分を領域１、２の列において隔てる。２つの領域１、２の間に１つの接続領域３、４が配置され、接続領域３は、領域１、２の列に沿って、接続領域４と交互にある。領域３、４は交差凹部を形成する、これはすなわち凹部９に対して垂直である。交差凹部の付近は、ウェブ基材の反対側である。領域１、２を図１の初期位置にもたらす回転は、好適にはウェブ基材に変形が行われるのと同時に実施される。ウェブ基材は、領域１と２の間の移行部で、領域３および４を形成するため伸張される。領域３、４は、領域１および２の外面１５に対して実質的に垂直である。異なる凸部区分上の表面３、４間の角度によって、ツールの一部が進入しこれらの区分を形成することが可能になる。ウェブ基材の幅方向は、好適には軸線５および６の方向へ伸びており、ウェブ基材の無限の長さ方向は、線７において製造方向に沿って連続する。

領域１および２におけるウェブ基材の変形は、折り畳まれた完成品においてセルの半分の壁部を形成する三次元形状を形成するためのものである。こうして形成されるセルは構造的であり、折り畳まれた完成品の荷重を受ける要素であり、この壁部は折り畳まれた完成品の長手方向に対して横方向に延伸する。折り畳まれた完成品では、折り畳まれて形成されるセルは好適には断面が円筒形であり、円筒の軸線は折り畳まれた完成品の長手方向に対して横方向に、また最終的に製造される平坦なハニカム体の厚さ方向に延伸する。セルの断面形状は所望の通り選択されることが可能であり、たとえば円形または多角形、特に、たとえば六角形のような偶数の多角形が選択される。最終的なセルの形状は、元のウェブ基材の変形領域１、２の形状およびこれらがいかにして折り畳まれているかに応じて決定される。図３に示されるように、ウェブ基材が完全に折り畳まれた場合、各セルは２つの半セルから形成される。セルは列をなして形成される。各最終セルは、長手方向に近接する（ウェブ基材内の）２つの凹部区分９の底部および側面により形成される。半セルは好適には、長手方向に近接する（ウェブ基材内の）２つの凸部区分８からの接触面１５に渡り接合される。したがって本発明は、以下の特徴を有する、列をなして配置される複数のセルからなる折り畳まれたハニカム体を提供する。セルは、リング状に相互に接続するとともに被覆層平面によりセルの２つの開放側に向かって固定される横方向のセル壁を有し、それにより、セルはそれぞれ一方または他方の被覆層平面内でつなげられるか、または完全に閉鎖されている。折り畳まれたハニカム体は実質的に切られていない平面体により形成される。折り畳まれたハニカム体は、塑性変形により形成される複数の三次元構造、たとえば多角形、正弦または弓形の形状の領域（１および２）と、塑性変形により作成される被覆層平面内の接続領域（３および４）とを含む。セル壁の少なくとも一部は好適には、たとえば接着剤、粘着材または溶接により完全にまたは部分的に常時相互に接続される。本発明は、異なる断面形状および／または大きさを有するセルが混合される、折り畳まれた完成品を含む。最終的なハニカム構造は平面的な製品であり、それにより、セルは製品の平面に対して垂直に、その厚さに渡って配置されている。平面構造の交互の側のセルは、接続領域３、４により閉鎖される。全てのセルは、１つまたはそれ以上の被覆層を使用することにより、たとえば本発明の平坦な製品を被覆シートで覆うことにより、閉鎖可能である。本発明は、その範囲内において、三次元構造１、２、たとえばセル壁を形成するウェブ基材内の台形、正弦または円形状の構造が、完全に垂直ではなく、および／または変形したウェブ基材を折り畳んだ後に相互に接触せず、これにより少なくとも１つの方向で開いた平面を有する構造を形成する可能性も含む（図３に示す）。

再度図１に戻ると、製造方法は続いて、隣接する凸部区分の表面１５が相互に隣接するか、または好適には接触するようさらに領域１および２を回転させる。図２は、折り畳まれたハニカム体の製造におけるさらなる中間状態を示す。塑性変形されたウェブ基板の縮小は、折線５および６を中心にウェブ基材を折り畳むことにより行われる。ＵまたはＶ字形の接続領域３および４は折り畳まれず、セル壁に対して垂直の平面で平坦になる。領域３および４は、ウェブ基材の三次元構造、たとえば台形のような多角形、または正弦または弓形等の形状に変形される区分１、２が実質的に変形することを回避するために用いられる。

図３は、２列の六角形のハニカムセルを形成するためにほぼ完全に折り畳まれた材料を示す。折り畳まれることによって、隣接する領域３（あるいは４）は相互に当接する。各ハニカムセルは少なくとも一方の側で領域３または４により閉鎖される。つまり、セルは一方の端部で領域３、４により形成される閉鎖された面を有する。表面１５は、たとえば接着剤または粘着材または超音波溶接のような溶接により相互に接続可能である。しかし、この接続は本発明に必須の要件ではない。

上述の工程は、変形されたウェブ基材を折り畳むことにより、三次元構造１、２および表面３、４の形成が折り畳みおよび回転工程を容易にするように行われる。図４は、折り
畳み前の成形されたウェブ基材の側面図を示す。折り畳み操作を容易にするため、塑性変形されたウェブ基材は好適には、正値である「ｘ」を有する面外に配置される軸線５および６（ここを中心に材料領域１および２が折り畳みの際に回転する）を有する。寸法ｘは、材料の上面の交差凹部における最も低い凹部の軸線６との合流点が、ウェブの下面にある交差凹部の軸線５における先端合流部より高いように選択される。製造方向への長手方向力が軸線５および６において作用し、これにより軸線５、６を中心に曲げモーメントが加わる。これにより、成形されたウェブ基材が、製造方向へ単純に圧縮されることによって折り畳まれる。

製造は自動化され、連続的に実施されることが可能である。好適には、ウェブ基材を製造方向へ押すためにローラの組が使用される。しかし、ウェブの折り畳みを補助または確実にするために、回転ツール、振動伝達ツールまたはガイド材を使用することも可能である。したがって、本発明の独立した態様として、ウェブ基材を切削によらず、連続的に、塑性回転成形により折り畳まれたハニカム構造を形成することが挙げられる。塑性変形は、たとえば気泡フィルムの製造において公知であるような「回転真空熱成形」工程により実施可能である。予熱されたフィルムとして、または押出機の型から直接提供されるフィルムとして提供される材料は、好適には真空を用いて、成形されたロールにより加工される。相互に向かい合って作動するロールの相互に係合する形状も使用可能である。

ウェブ基材の熱成形のための真空ローラの表面は、比較的複雑な形状を有する。これにより成形されたウェブ基材において領域１および２が単に成形されるだけでなく、好適には相互に向かってわずかに（たとえば１０から３０°）回転されることを可能にする。これによって、Ｖ字形領域３および４の形成が可能になり、領域１および２を軸線５および６を中心にさらに回転させる（たとえば約８０から６０°）ことにより折り畳むことが可能であるウェブ基材の真空熱成形可能な気密形状を保証する。

図５は折り畳み操作時のウェブ基材の側面図および本発明の実施形態に係る折り畳み装置の断面図を示す。折り畳まれていないウェブ基材の折り畳まれたハニカムコアに対する速度、すなわち材料巻取り係数が、厚さ８ｍｍ開放しセルの大きさが６．４ｍｍである半閉型の熱可塑性ハニカムコアに関して示される。折られていない材料は任意の速度単位で２．６９６の速度で進む、ローラ２０の第１セットにおいて２．５まで低減され、さらに第２ローラ２２において１まで低減される。最終的な速度は、折り畳まれたハニカムの平坦な構造の処理能力に等しい。

折り畳みユニットは、１組の供給ローラ２０、たとえばゴムでコーティングした供給ローラ１０を含む。これには表面に溝１０ａが、折り畳みの際にウェブ基材を面上で維持するためにガイドグリッド１１の上流に配置され、第２セットのローラ２２、たとえば同様の溝１２ａを有するゴムでコーティングした押しローラ１２が逆圧を加えるため設けられ、これにより折り畳みを可能にするために十分な面上の圧縮力を確保する。下方および上方の供給ローラ２０の間の圧縮力は弾性変形により領域１および２の相互に向かう傾斜および回転を低減させることが可能であるが、供給ローラ２０と対向ローラ２２との間の区分内では、必ずではないが好適には、ツールまたはガイド１１ａを用いることなく、ウェブ基材はその熱形成された形状に戻り、折り畳みが継続する。ゲートおよび／またはブレーキ機構１３が、初めにウェブを遅らせる、または停止させる。これは、ウェブ基材が完全に折り畳まれた段階でのみ生じる力で開放する。これは、折り畳まれたウェブが形成される際にその開放状態で摩擦力を加え続ける。

折り畳まれたハニカム体は好適には、たとえばラミネートローラまたはベルト２３によって、さらにラミネートまたは被覆層１４をハニカムコアの両側に直接押し出すことにより軽量サンドイッチパネルに直接加工される。本発明により提供される装置は、変形およ
び折り畳みユニット、ならびにコア接着または溶接ユニットおよびラミネートユニットを含むことが可能である。

図６は、連続パネル製造のための継続的なライン製造ステップを示す。成形後のライン内工程は選択的であり、これには縁部の閉鎖部または縁部形状を形成することを含むことが可能である。ステップ２５ではウェブ板材料が、押出機のような適切な成形装置またはウェブ基材のロールから直接提供される。選択的に、材料のウェブは一定の温度で維持されるか、成形温度に加熱される。ステップ２６では、三次元構造１、２が、たとえば真空成形または熱間圧延のような適切な工程によりウェブ基材内に形成される。ステップ２７では、三次元構造が形成されたウェブ基材が、ハニカムコアを形成するために折り畳まれる。選択的にステップ２８では、１つまたはそれ以上の被覆層またはその他の層のラミネートがライン内またはライン外で実施される。ステップ２９では、たとえばハニカム材料を相互にたとえば金属部品に押圧または固定することにより、長さに合わせた切断またはハニカム材料を形に合わせて成形する等の後成形操作が実施される。

本発明は、接続領域３および４が事後的に、たとえば不織被覆層のラミネート時に、たとえば切断または融解により除去され、これにより全てのセルが両側で開放しており、三次元成形可能なサンドイッチプリフォームが生じる、折り畳まれたハニカム構造を含む。

折り畳まれたハニカムコアおよび被覆層に使用される原材料に応じてサンドイッチパネルは、たとえば構造部品、衝撃および衝突保護、装飾パネルまたは梱包用途に使用されることが可能である。

本発明の実施形態に係り塑性変形されたウェブ基材の一区分を示す。 本発明の実施形態に係りハニカムセルを形成するために半分折り畳まれたウェブ基材の一区分を示す。 本発明の実施形態に係り部分的に閉鎖された２列のハニカムセルを作成する、ほぼ完全に折り畳まれたウェブ基材を示す。 本発明の実施形態に係り塑性変形されたウェブ基材区分の側面図を示す。 折り畳み工程時のウェブ基材の側面図であり、本発明の実施形態に係る折り畳み装置を示す。 本発明の実施形態に係る連続的パネル製造ラインにおける継続するライン上のステップを示す。

Claims (16)

1. 列をなして配置される複数のセルから形成され、前記セルは、相互に接続されたセル壁を有し、折り畳まれたハニカム体が実質的に切られていない平面体から形成されており、折り畳まれたハニカム体が、塑性変形により形成される複数の三次元構造（１および２）と、塑性変形により作成される接続領域（３および４）とを有し、接続領域（３、４）が、折り畳まれたハニカム体の前記セル壁を形成する、折り畳まれたハニカム体。
2. 三次元構造が多角形、正弦または弓形の形状の領域である、請求項１に記載の折り畳まれたハニカム体。
3. セル壁の少なくとも一部が完全にまたは部分的に相互に常時接続している、請求項１または２に記載の折り畳まれたハニカム体。
4. 平面体が熱可塑性ポリマー、繊維複合材料または塑性変形可能な紙または金属薄板から形成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の折り畳まれたハニカム体。
5. ａ）第１三次元構造（１および２）と第２接続領域（３および４）とを形成するために平面体を塑性変形し、第２接続領域が第１三次元構造の間に形成されることと、
   ｂ）相互に接続されたセル壁を有するセルを形成するために三次元構造を相互に向かって折り畳み、これにより１つのセルのセル壁をハニカム構造内で別のセルと接続することと、
   を備える、折り畳まれたハニカム体を塑性変形可能材料からなる平面体から製造するための工程。
6. 三次元構造が、多角形、正弦または弓形の形状の領域である、請求項５に記載の工程。
7. セルの相互に接触する面領域および／または縁部の少なくとも一部が、相互に強固に接続している、請求項５または６に記載の工程。
8. 塑性変形材料が、熱可塑性ポリマー、繊維複合材料または塑性変形可能である紙または金属薄板である、請求項５から７のいずれか１項に記載の工程。
9. 三次元構造を形成するための変形が、非切削回転工程により実施される、請求項５から８のいずれか１項に記載の工程。
10. 変形が回転真空熱成形工程により実施される、請求項９に記載の工程。
11. ａ）第１三次元構造（１および２）と第２接続領域（３および４）とを形成するために平面体を塑性変形させる手段であって、第２接続領域が第１三次元構造の間に形成される、手段と、
    ｂ）相互に接続されたセル壁を有するセルを形成するために三次元構造を相互に向かって折り畳み、これにより１つのセルのセル壁をハニカム構造内の別のセルが有するセル壁に接続する手段と、
    を備える、塑性変形可能材料からなる平面体から折り畳まれたハニカム体を製造するための装置。
12. 平面体を塑性変形するための手段が、三次元構造を形成するための表面形状を有する第１ローラを含む、請求項１１に記載の装置。
13. 折り畳むための手段が、第１ローラの下流に配置され、第１ローラより低速で回転する第２ローラを含む、請求項１２に記載の装置。
14. 第１ローラと第２ローラとの間にガイドをさらに備える、請求項１２または１３に記載の装置。
15. 第１ローラが、回転真空熱成形ローラとして適合されている、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の装置。
16. コア接着または溶接およびラミネートユニットをさらに備える、請求項１１から１５のいずれか１項に記載の装置。