JP4466343B2 - 軽量できわめて高い剛性を有するプラスチックボード - Google Patents

Description

本発明は、各種の構造材として有用な、軽量できわめて高い剛性を有するプラスチックボードに関する。

プラスチック気泡シートの構造を、肉厚のシートで製造したプラスチックボードが、軽量で剛性の高い点を買われて、構造材として使用されている。この種のボードは、Ｔ−ダイから溶融押出ししたプラスチックシートを真空成形して多数の短円柱形のキャップをもったキャップシートを用意し、そのキャップの底面に平坦なプラスチックのシート（バックシート）を、通常は熱融着により、貼り合わせ一体化することにより製造している。この製品のキャップの頂面に、もう１枚の平坦なプラスチックのシート（ライナーシート）を貼り合わせて、三層構造にしたものもある。また、上記の二層構造を、キャップ底面でなく、頂面にだけ平坦なプラスチックのシートを貼り合わせて構成したものもある。

これらのプラスチックボードは、単位重量あたりの強度が高く、構造材として有用であるが、製造過程で反りが生じやすく、完全に平坦な製品を得るのは困難であるという、共通した問題をもっており、そのために、製品プラスチックボードの用途には、おのずから限界がある。反りが生じる基本的な理由は、この種の製品につきものの、中心面に関して表裏両側が非対称であるということにある。この非対称性は、構造上のものもあるし、それをできるだけ軽減した構造であっても、製造履歴にもとづく非対称性が避けられないために生じる。製造時に反りを強制的に押さえ込んでも、残留応力が経時的に表面化して、構造材の使用中に反りが生じることもある。

中心面に関する表裏の非対称性は、表面側から加わる曲げ応力に対する強度と、裏面側から加わる曲げ応力に対する強度との差としてもあらわれる。具体的には、表面側は、キャップシートの頂を連ねて貼ったライナーシートの側であるから、２枚のプラスチックシートの貼りあわされた部分の面積割合が低く、かつ、キャップの頂は真空成形により薄くなっているのに対し、裏面側は、キャップシートの底面に貼ったバックシートの側であるから、２枚のプラスチックシートの貼りあわされた部分の面積割合が高く、かつ、キャップシートの平面の部分はもとの厚さを保っているという差異があり、これが上述の強度の差異をもたらしている。非対称性を別にしても、局部的な曲げ応力が加わる場合、気泡の並んだ間、いわば谷間を結ぶ線に沿って折れやすいという傾向もある。

出願人は、構造材として使用する軽量で剛性のあるプラスチックボードにおいて、上記した構造的および製造履歴的な非対称性をできるだけ排除し、それによって反りが原理的に除かれた製品を開発して、その製造方法および製造装置とともに、すでに開示した（特許文献１）。そのプラスチックボードは、基本的な態様としては、図１に示すように、平坦な面から垂直方向に伸びる台形の突出部つまりキャップを多数設けたプラスチックのシートを２枚、それぞれの突出部が向かい合うが、台形の頂面は相手シートの平坦な面に接するように接合してなる。このプラスチックボードの好ましい変更態様は、キャップシートの一方または両方の上に、さらに平坦なライナーシートを貼り合せてなる。
特開２００４−２４９６０７

このプラスチックボードは、中心面に関する非対称性は改善されたが、気泡の谷間に沿って折れやすい、という欠点は、依然として残っている。この種の製品の特徴である高い剛性に対する要求も、いっそう強い。

本発明の目的は、このような事情にかんがみ、上記のプラスチックボードがもつ弱点である、強度の不均一性ないし方向性、すなわち、局部的な応力に対して、その加わった場所により強度が異なったり、気泡の谷間に沿って折れやすかったりする傾向を実質的に解消し、長所である高い剛性をさらに向上させたプラスチックボードを提供することにある。

上記の目的を達成する本発明の軽量で剛性の高いプラスチックボードは、図１に基本的態用について全体の構造を示し、図２にその製造の過程を示すように、プラスチックのシートを成形して、平面（５，６）から台形のキャップ（７，８）が多数突出した形状のキャップシート（１，２）を形成し、その２枚を、それぞれのキャップの頂面（７１，８１）が相手方のシートの平面（６，５）に接するように貼り合わせてなるプラスチックボードにおいて、２枚のキャップシートにおけるキャップ寸法とテーパとが一定であって、かつ、隣接するキャップの側壁（７２，８２）が少なくとも一部において互いに接触していることを特徴とするプラスチックボードである。本発明のプラスチックボードの具体的な形態には、つぎの２種がある。
（１）２枚のキャップシートが、それらの間に配置され、連続した面を有する接着層によって貼り合わされている態様、および
（２）台形のキャップが小さいテーパを有し、２枚のキャップシートを組み合わせたときに嵌合する寸法であるキャップシートを、重ね合わせて強く押すことにより嵌合して一体としてなる態様。

本発明のプラスチックボードの基本的な態様は、上記したとおりであるが、多くの用途に関して、その一方または両方の面に、平坦なプラスチックのライナーシート（３，４）を貼り合わせてキャップの内部を密閉した空気室としたものが好ましい。キャップが円錐台形である場合の、そのような好ましい態様を、図３および図４に示す。この製品はプラスチックボードの表面が平坦であるから、平坦であることが必要な、または好ましい用途に適することはいうまでもない。

本発明のプラスチックボードは、さきに開示した軽量で剛性の高いプラスチックボードが有する利点を、そのまま保有している。すなわち、その構造が中心面に対して対称であることにより、反りが解消している。製造過程における非対称性もなく、使用中に残留応力に起因する反りが生じる心配もない。剛性ないし折り曲げ強度に関しても、表裏で異なることがない。一方または両方の表面が平坦であることが求められる用途に対しては、変更態様のプラスチックボードが応えることができる点も、同様である。

それに加えて本発明のプラスチックボードは、強度に方向性がなく、かつ、強度上の弱点としてさきのプラスチックボードに残っていた、キャップの谷間に沿って折れやすいという問題も解消した。剛性は、擬似的なハニカム構造が実現したことにより、顕著に向上した。これにより、本発明の軽量プラスチックボードは、構造材として、多くのきびしい要求を含む用途に対応することができる。

平坦なプラスチックシートを片面または両面に貼り合わせたプラスチックボードを、ポリエステル、ポリカーボネートなどの透明な材料で製造したものは、外部から内部のキャップの構造が見え、意匠性の高い製品である。

容易に理解されるように、本発明のプラスチックボードの強度および剛性は、多数のキャップによって与えられているから、ボード内部におけるキャップの存在密度をできるだけ高くすることが、高性能な製品を得る上で肝要なことである。この観点から、台形のキャップの配列は、図１に示したような、碁盤目状配置が最適である。

台形のキャップの形状は、プラスチック成形シートの製造の容易さ、より具体的にいえば、成形金型の製作が容易であるという点から、円錐台形が、通常は適切である。しかし、キャップ同士の接触面積を考えると、円錐台形では、線接触でしかなく、より広い面積にわたる接触を意図するならば、多角形、それも正４ｎ角形の角錐台形の方が有利である。ここで、ｎはもちろん正の整数であって、それも比較的小さい値、具体的には、１、２または３であるが、とりわけｎ＝２の正八角形が好適である。この態様にしたがった本発明のプラスチックボードを、図５に示した。

キャップの台形がもつテーパは、製品プラスチックボードに要求される機械的性質に応じて選択する。テーパが垂直方向に対して小さい場合、すなわち円柱形や角柱形に近い場合は、プラスチックボードの面に対する圧縮強度が高いが、曲げ強度が重要な場合には、大きいテーパ、すなわち垂直方向に対してある程度の傾きをもったものが適切である。もちろん、製作の容易さも重要な観点であって、厚手のシートから成形できるキャップは、おのずからある程度のテーパをもっていなければならない。通常、垂直方向に対して、１５〜５０度の範囲、とくに２０〜３０度の範囲から選ぶのがよい。

本発明のプラスチックボードの製造は、前記の特許文献１に開示した製造装置を使用し、またそこに開示した製造方法によって行なうことができる。その装置は、表面に真空吸引孔を多数設けるとともに台形のプラグを多数設け、回転可能に支持した円筒からなる成形ロールを２本、一方の円筒に設けた台形のプラグが他方の円筒に設けた台形のプラグと衝突しないように、互いの軸を平行に近接して配置し、等速で回転できるように駆動手段を与え、かつ真空源に接続したものに、プラスチックの溶融押し出しを行なうフラットダイを２本、それぞれの成形ロールの上方に配置してなる構成を有する。

この装置を使用して実施する製造方法は、上記した２本のフラットダイからプラスチックを溶融押出し、押出された２枚の溶融プラスチックのシートをそれぞれ、前記した２本の回転する成形ロールにのせ、真空吸引により、プラグの形状に対応した台形のキャップが多数、平坦な面から突出するシートを形成し、キャップの頂面を相手の平坦な面に融着させることによって、２枚のシートを接合させることからなる。

用途によっては好適な態様であるとして説明した、一方または両方の面に平坦なプラスチックのシートを貼り合わせたプラスチックボードを製造するには、上記のようにして製造したプラスチックボードの一方の面に、または両方の面にそれぞれ、平坦なプラスチックのシートを融着または接着する。この貼り合わせ作業は、プラスチックボード製造工程に続けてインラインで行なうこともできるし、オフラインで行なうこともできる。一方の面にだけ平坦なプラスチックのシートを貼り合わせる場合は、はじめに論じた面対称性のうちの構造的な対称性が失われるわけであるが、製造履歴にもとづく対称性喪失がなければ、反りは生じない。冷間で接着すれば、収縮に伴う反りという問題がないから、片面だけに実施することができる。

２枚のキャップシートを貼り合わせる手段は、基本的な態様であれ好ましい態様であれ、上記した融着のほか、接着も可能である。接着は、使用したプラスチック材料が溶剤系接着剤で接着できるものであれば、いったん成形したキャップシートの台形をしたキャップの頂に接着剤を塗布して、２枚のキャップシートを相互に押しつけることで実現する。しかし、ポリオレフィン類は溶剤系の接着剤が役立たないから、ホットメルト型のものを使用するほかない。

ホットメルト型の接着剤を使用する場合、図６に示したように、接着層を連続的に供給する方法が有用である。図６では、２枚のキャップシートを、それらのキャップの位置を同調させて両側から供給し、その間にＴ−ダイから溶融押出しした接着層（９）をはさんでロールにより押圧することにより、２枚のキャップシートを一体化する。得られた製品の構造は、図７に示すようになる。この接着層は、隣接するキャップが全面的には接触していない場合、接触個所以外の部分では、どちらのキャップからも離れて存在し、製品プラスチックボード中で、いわば「すじかい」のような役割を果たし、ボードの剛性を高めるのに寄与する。

融着や接着を行なわず、２枚のキャップシートを、キャップどうしの嵌合により一体化することも可能である。この場合は、台形のキャップのテーパを小さく、ほぼ円柱や角柱であるように選び、キャップの寸法を、２枚のキャップシートを組み合わせたときに嵌合するようにしなければならない。このようなキャップシートは、重ね合わせて強く押すことにより嵌合して、一体のプラスチックボードを得ることができる。

使用するプラスチック材料は、任意に選択できるが、ポリエチレンとくに高密度ポリエチレンやポリプロピレンのようなポリオレフィン、ＰＥＴなどのポリエステルおよびポリカーボネートなどが適切である。製品プラスチックボードに要求される特性および２枚のキャップシートをどのような手段で貼り合わせるかによって、材料を選択する。

ポリプロピレンを材料とし、本発明のプラスチックボードの基本的な態様、すなわち図１に示す構造の製品を製造した。各部の仕様は、つぎのとおりである。
ボード全体の厚さ：７mm
１枚のシートの厚さ：０．３mm
台形部分：基部の内径２０mm、頂部の内径１５mm、高さ約６mm
（テーパ角約２５^oの円錐台） ピッチ３５mm
１ｍ角の重量：１２００ｇ

このプラスチックボードの反りは、長さ１ｍにつき２mm以下であった。特性はつぎのとおりである。
面に垂直な方向の圧縮強度：６３kg/cm²
面方向の挫屈強度：７３kg/cm²
曲げ剛性（支点間距離１５０mm）：４２kg

材料としてポリメチルメタクリレートを使用し、本発明のプラスチックボードの好ましい実施態様、すなわち図３に示す構造の、両面にライナーシートを有する、透明な製品を製造した。ライナーシートの貼り付けは、接着剤を使用してオフラインで実施した。各部の仕様は、つぎのとおりである。
ボード全体の厚さ：８mm
キャップシートの厚さ：０．５mm
台形部分：基部の内径２０mm、頂部の内径１５mm、高さ約６mm
（テーパ角約２５^oの円錐台） ピッチ３５mm
ライナーシートの厚さ：０．５mm
１ｍ角の重量：２０００ｇ

本発明のプラスチックボードの基本的な態様を示す図であって、一部を切り欠いて内部の構造を示した平面図。 図１のプラスチックボードを製造する過程を示す、各構成部分の断面図。 本発明のプラスチックボードの好ましい態様を示す、図１と同様な、内部の構造を示した平面図。 図３のＩ−Ｉ断面図。 本発明のプラスチックボードの変更態様を示す、図１と同様な、内部の構造を示した平面図。 本発明にしたがうプラスチックボードの製造方法の一例を示す、概念的な断面図。 図６に示した製造方法により製造されたプラスチックボードの構造を示す、拡大した断面図。

符号の説明

１，２ キャップシート
３，４ ライナーシート
５，６ キャップシートの平面
７，８ 台形のキャップ
７１，８１ キャップの頂面
７２，８２ キャップの側壁
９ 接着層

Claims (6)

1. プラスチックのシートを成形して、平面から台形のキャップが多数突出した形状のキャップシートを形成し、その２枚を、それぞれの台形の頂面が相手方のシートの平面に接するように貼り合わせてなるプラスチックボードにおいて、２枚のキャップシートにおける台形の寸法とテーパとが一定であって、かつ、隣接するキャップの側壁が少なくとも一部において互いに接触しているとともに、２枚のキャップシートが、それらの間に配置され、連続した面を有する接着層によって貼り合わされていることを特徴とするプラスチックボード。
2. プラスチックのシートを成形して、平面から台形のキャップが多数突出した形状のキャップシートを形成し、その２枚を、それぞれの台形の頂面が相手方のシートの平面に接するように貼り合わせてなるプラスチックボードにおいて、２枚のキャップシートにおける台形の寸法とテーパとが一定であって、かつ、台形のキャップが小さいテーパを有し、２枚のキャップシートを組み合わせたときに嵌合する寸法であるキャップシートを、重ね合わせて強く押すことにより嵌合して一体としてなることを特徴とするプラスチックボード。
3. プラスチックボードの一方または両方の面に、平坦なプラスチックのライナーシートを貼り合わせてキャップの内部を密閉した空気室としてなる請求項１または２のプラスチックボード。
4. 台形のキャップが碁盤目状に配置されている請求項１または２のプラスチックボード。
5. 台形のキャップが円錐台形である請求項１または２のプラスチックボード。
6. 台形のキャップが正４ｎ角形の角錐台形である請求項１または２のプラスチックボード。

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