JP6467850B2 - ハニカムコア材の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、屋根材や内装材等の建築材料、看板等の装飾材料など、各種用途に用いることができるハニカム構造材の構成材料として有用なハニカムコア材の製造方法に関する。
三角形、四角形、六角形などの各種開口形状を呈する無数のセル(小部屋)の集合体であるハニカムコア材は、例えば、2枚の板(スキン層)で挟んでハニカムサンドイッチ構造とすることで、軽量かつ高強度と言った優れた特性を発揮する。そのため、ハニカムコア材は、建築業、自動車産業、航空宇宙産業など各種産業に用いる構成資材として注目されている材料である。
このようなハニカムコア材の製造方法としては、従来、樹脂ペレットからシートを形成し、2枚のシートを重ねて適宜間隔を置いてシート間を接着しておき、2枚のシートをそれぞれ両側に引っ張ることで、多数のセルが配列したシート体を成形し、これを液体接着材で接着してハニカムコア材とする引っ張り成形法や、波型ロールを通してシートを波型に成形し、これを上下重ねて多数のセルが配列したシート体を成形して、これを液体接着材で接着してハニカムコア材とするコルゲート法などが知られていた。
特殊な製法としては、例えば特許文献1において、ハニカムコアの空隙部に軟質樹脂発泡体を充填した後、該軟質樹脂発泡体に二液硬化型樹脂の液体を含浸させた後、前記ハニカムコアを面材間に配置して型に重合載置し、加圧して面材とハニカムコアを圧着する方法が開示されている。
さらにまた、特許文献2において、ハニカムコアのバッチ式作製方法に関し、六角バーを有するかご形ローラーを、固定台上の多数の主六角バーと関連して作動させるようにし、前進するかご形バーと固定台バーとの間における高温の熱可塑性ウェブへの圧縮作用により波型ウェブを形成する。こうして作られた波型ウェブを、台の主バー上に第1の波型ウェブを置き、これに続いて副バーをウェブの上方の結節点に置くことによりハニカム構造に組み立てる。次いで、第2の波型シートを、その接続点を第1のウェブの腹部に隣接するように置き、副バーの別の層を頂部に置くようにする。この手順を希望のハニカム厚さに達するまで繰り返す。このとき、組立体を、カール板とブラテンとの間に置いて加熱して最終のハニカム製品を作製する方法が開示されている。
特開昭62−249732号公報 米国特許第3356555号公報
従来のように、樹脂ペレット原料若しくは樹脂シートからハニカムコア材を連続製造する方法は、製造ラインが長くなり、製造設備が大型化するため、ハニカムコア材の製造コストを低下させることが難しいという課題を抱えていた。そればかりか、接着剤の塗布工程や、液体樹脂に含浸する工程などを経る必要があるため、生産効率が低くなってしまうという課題も抱えていた。
そこで本発明は、樹脂ペレットや樹脂シートからハニカムコア材を連続製造するのではなく、市販されている中間材料を原料として使用することで、製造コストを低下させつつ、生産効率を高めることができる、新たなハニカムコア材の製造方法を提案せんとするものである。
本発明は、2枚の面板の間に、一方向に長尺な壁部が該一方向と直交する方向に適宜間隔をおいて配設され、当該2枚の面板の間に複数の長尺なセルを備えた中空体を、前記一方向に適宜間隔をおいて切断して、多数のセルが並んだ構成を備えた複数のセル列中空体に分断する分断工程と、前記分断工程で得られたセル列中空体同士を、互いの面板部が向かい合うように並べると共に、前記面板部間に熱可塑性樹脂フィルムを介在させて、該熱可塑性樹脂フィルムを加熱して前記面板部間を接着するセル列中空体接着工程と、を備えたハニカムコア材の製造方法を提案する。
本発明が提案するハニカムコア材の製造方法によれば、市販されている中空体を原料として利用することができるから、樹脂ペレットや樹脂シートからハニカムコア材を連続製造する場合に比べて、製造ラインが長くなることも、製造設備が大型化することもなく、簡単な設備で連続生産できるため、ハニカムコア材の製造コストを低下させることができる。
また、熱可塑性樹脂フィルムを使用して材料を接着するため、液体接着剤を使用する必要がない。その結果、作業ハンドリング性、作業環境を大幅に改良することができる。
中空体の一例を示した斜視図である。 前記中空体を、複数のセル列中空体に分断した状態の一例を示した斜視図である。 (A)は、2つの前記セル列中空体の間に熱可塑性樹脂フィルムを介在させて状態の一例を示した斜視図であり、(B)は、セル列中空体の間に熱可塑性樹脂フィルムを介在させて接着してセル列結合中空体とした状態の一例を示した上面図である。 (A)は、2つの前記セル列結合中空体の間に熱可塑性樹脂フィルムを介在させて状態の一例を示した斜視図であり、(B)は、セル列結合中空体の間に熱可塑性樹脂フィルムを介在させて接着した状態の一例を示した上面図である。 ハニカムコア材の一例を示した斜視図である。 中空体の一例を示した正面図である。 (A)は、2つの前記セル列中空体の間に熱可塑性樹脂フィルムを介在させて、押圧部材で押圧している状態の一例を示した斜視図であり、(B)は、その状態の上面図である。 押圧部材の一例を示した斜視図である。
次に、本発明の一例に係る実施形態の一例(「本実施形態」と称する)について説明する。但し、本発明が次に説明する実施形態例に限定されるものではない。
<ハニカムコア材製造方法>
本実施形態は、2枚の面板2,2の間に、一方向に長尺な壁部4,4・・が該一方向と直交する方向に適宜間隔をおいて配設され、当該2枚の面板2,2の間に複数の長尺セル5,5・・を備えた中空体1(図1参照)を、図2に示すように、前記一方向に適宜間隔をおいて切断して、多数のセル5A,5A・・が並んだ構成を備えた複数のセル列中空体1A、1A・・に分断し(分断工程)、
次に、図3(A)(B)に示すように、前記分断工程で得られたセル列中空体1A、1A同士を、互いの面板部2A、2Aが向かい合うように並べると共に、前記面板部2A、2A間に熱可塑性樹脂フィルム6を介在させて、該熱可塑性樹脂フィルム6を加熱して前記面板部2A、2A間を接着してセル列結合中空体1Bを形成し(セル列中空体接着工程)、
次に、前記セル列中空体接着工程で接着して得られたセル列結合中空体1B、1B同士を、前記セル列中空体接着工程と同様に熱可塑性樹脂フィルム6を用いて接着してセル列結合中空体1Cを形成し、さらに次に、前記工程で接着して得られたセル列結合中空体1C、1C同士を、前記セル列中空体接着工程と同様に熱可塑性樹脂フィルム6を用いて接着し、必要に応じてセル列結合中空体の接着工程を繰り返してハニカムコア材10を製造することができる(ハニカムコア材形成工程)。
なお、本発明では、3個以上のセル列中空体1A、1A・・を、隣の面板部2A、2Aが向かい合うように並べると共に、各面板部2A、2A間に熱可塑性樹脂フィルム6を介在させて、一度に3個以上のセル列中空体1A、1A・・を接着することも可能であり、そのようにしてハニカムコア材10を製造することも可能である。
<ハニカムコア材>
本実施形態で製造するハニカムコア材10は、同一方向に開口してなるセルの列が複数並設されてなる構成を備えた部材である。
セルは、ハニカムコア材の厚み方向に貫通した空間を備え、厚み方向両端面を開口し、周囲を壁部で囲われてなる構成を備えた部屋である。
ハニカムコア材10の材質としては、例えば紙、樹脂、金属及び繊維、並びにこれらの複合材料などを挙げることができる。但し、これらに限定するものではない。
中でも、熱可塑性樹脂フィルムで接着し易いという観点から、ハニカムコア材10の材質としては、紙或いは樹脂、その中でも、熱可塑性樹脂からなるものが特に好ましい。
ハニカムコア材10の寸法は、用途によって適宜調整するのが好ましい。例えば、厚み(高さ)が1mm〜100mm、壁部の厚みが0.2mm〜30mm、セル空間のピッチが2mm〜40mmのものを形成することができる。
ハニカムコア材10は、建材、装飾材、自動車部品など、各種用途に用いることができるハニカム構造材の構成材料として有用である。ハニカムコア材10は、特に透明なプラスチックから形成することができるため、建材や装飾材などの用途に特に有用である。
<中空体>
本実施形態で原料とする中空体1は、熱可塑性樹脂からなる面板2,2の間に、一方向に長尺な壁部4,4・・が該一方向と直交する方向に適宜間隔をおいて配設され、当該面板2,2の間に複数の長尺なセル5、5・・を備えたものであればよい。
本実施形態では、このような中空体1を原料材として使用することによって、ハニカムコア材10を効率よく、安価に製造することができる。
中空体1は、自ら製造しても、購入してもよい。
中空体1の開口サイズや厚さを適宜選択することにより、ハニカムコア材10の力学特性を適宜設計することができる。
中空体1の面板2,2の材質は、例えば紙、樹脂、金属及び繊維、並びにこれらの複合材料などを挙げることができる。中でも、熱可塑性樹脂フィルムで接着し易いという観点から、紙或いは樹脂、その中でも、熱可塑性樹脂からなるものが特に好ましい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート(PET)などの熱可塑性樹脂を挙げることができる。その中でも、透明性の観点から、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネートなどが特に好ましい。
他方、中空体1において、面板2,2の間に設けられた壁部4の材質は、上記面板2,2と同じ材質でもよいし、異なる材質でもよい。
上記長尺セル5の開口形状は、三角形、四角形(長方形、正方形、台形状など)、六角形、八角形などの形状でもよいし、また、図6に示すような、四角形内を複数に区画してなる複雑な形状であってもよい。
中空体1は、図6に示すように、面板2を3段以上備えた中空体1であってもよい。すなわち、3枚或いはそれ以上の枚数の面板2,2.・・の間において、隣り合う各2枚の面板2,2の間に複数の壁部4、4・・が配設された構成のものであってもよい。
<分断工程>
分断工程では、図2に示すように、前記中空体1を、長尺なセルの長さ方向に適宜間隔をおいて切断して、多数のセルが列として並んだ構成を備えた複数のセル列中空体1A,1A・・に分断すればよい。
この際、図6に示すように、面板2を3段以上備えた中空体1の場合には、セル列が2列並んだセル列中空体1A,1A・・に分断することができる。
中空体1を切断する間隔がハニカムコア材10の厚さとなるから、ハニカムコア材10の用途等に応じて、切断する間隔を変更することにより、最終的に形成するハニカムコア材10の厚さを適宜変更することができる。
中空体1を切断する方法としては、例えばハンドカット法、ワイヤーカット法、NCカット法、レーザーカット法などを挙げることができる。
<セル列中空体接着工程>
セル列中空体接着工程では、図3に示すように、前記分断工程で分断されたセル列中空体1A,1A同士を、互いの面板部2A,2Aが向かい合うように並べて、前記面板部2A,2A間に熱可塑性樹脂フィルム6を介在させ、該熱可塑性樹脂フィルム6を加熱して前記面板部間2A,2Aを接着して、セル列中空体1A,1Aを接合してセル列結合中空体1Bを形成する。
前記分断工程で得られたセル列中空体1A,1A同士を、互いの面板部が向かい合うように並べるには、各セル列中空体1Aの面板部2A,2Aが立設してセル5A,5A・・が上下に開口するように、各セル列中空体1Aの向きを90度変えて、隣接するセル列中空体1A,1A同士の面板部2A,2Aが向かい合うように並べるようにすればよい。
次に、隣接するセル列中空体1A,1Aの互いの面板部2A,2A間に、熱可塑性樹脂フィルム6を挿入して介在させる。
(熱可塑性樹脂フィルム)
熱可塑性樹脂フィルム6は、加熱によって溶融するものであって、ガラス転移温度(Tg)が少なくとも中空体1の面板部2,2のガラス転移温度(Tg)よりも低く、かつ面板部2,2を構成する材料との相溶性が良い樹脂からなるフィルムであればよい。例えばグリコール変性ポリエステル(PETG)などの非晶性ポリエステルや、ポリメチルメタクリレートなどのポリ(メタ)アクリル酸アルキルエステルなどの樹脂を用いたフィルムを、好ましい例として挙げることができる。
熱可塑性樹脂フィルム6は、強度の点から、フィラーや繊維を含むものであってもよい。
熱可塑性樹脂フィルム6のガラス転移温度は、中空体の面板部のガラス転移温度よりも低いことが好ましい。中でも、熱可塑性樹脂フィルム6のガラス転移温度は、中空体1の面板部2,2のガラス転移温度よりも10℃以上低いことが好ましく、中でも15℃以上、その中でも20℃以上低いことがより一層好ましい。
かかる観点から、熱可塑性樹脂フィルム6のガラス転移温度(Tg)は30℃〜130℃であるのが好ましく、中でも40℃以上或いは110℃以下、その中でも50℃以上或いは90℃以下であるのが好ましい。
また、熱可塑性樹脂フィルム6は、中空体1の少なくとも面板部2と相溶する材質のものが好ましい。
このような観点から、例えば、中空体1の面板部2がポリカーボネートであれば、熱可塑性樹脂フィルム6の材質は、ポリメチルメタクリレートなどのポリ(メタ)アクリル酸アルキルエステルや、α−オレフィンと(メタ)アクリル酸アルキルエステルの共重合体、グリコール変性ポリエステル(PETG)などの非晶性ポリエステル、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体などが好ましい。
また、中空体1の面板部2がポリエチレンテレフタレートなどの結晶性ポリエステルであれば、熱可塑性樹脂フィルム6の材質はグリコール変性ポリエステル(PETG)などの非晶性ポリエステルや、ポリエステル系の熱可塑性エラストマーなどが好ましい。
また、中空体1の面板部2がポリメチルメタクリレートの場合には、熱可塑性樹脂フィルム6の材質はポリ塩化ビニルや、グリコール変性ポリエステル(PETG)などの非晶性ポリエステルが好ましい。
熱可塑性樹脂フィルム6の短手幅及び長手幅は、セル列中空体1Aの面板部2A、2A間に介在させた際にフィルム6が面板部2A、2A間からはみ出さないように、当該面板部2Aの高さ又は長さと同程度か、或いは、それより短いのが好ましい。但し、長くてもよい。
熱可塑性樹脂フィルム6の厚さは、接着性、ハンドリング性、経済性などを考慮すると、20μm〜150μm、中でも30μm以上或いは100μm以下、その中でも40μm以上或いは80μm以下であるのが好ましい。
隣接するセル列中空体1A,1Aの互いの面板部2A,2A間に、熱可塑性樹脂フィルム6を介在させたら、前記面板部2A、2Aで熱可塑性樹脂フィルム6を押圧するのが好ましい。
この際、セル列中空体1A,1Aの面板部2A,2A間に熱可塑性樹脂フィルム6を介在させて、前記面板部2A,2A間で熱可塑性樹脂フィルム6を押圧する方法としては、例えば、図7(A)(B)に示すように、セル列中空体1A,1Aの面板部2A,2A間に熱可塑性樹脂フィルム6を介在させて、各面板部2の外側面、すなわちフィルム6とは反対側の面に押圧部材7を当接し、該押圧部材7によって各面板部2Aを内側、すなわちフィルム側に押圧するようにすればよい。
押圧部材7Aの形態は任意である。例えば、図7(A)(B)に示すように、セル5A内に挿入することができて、セル5Aの内側から面板部2Aを押圧できる部分を備えたものであればよく、その形態は任意である。
例えば、図8に示すように、櫛状を呈する、すなわち水平軸部から複数の棒状押圧部が垂下されてなる形状の押圧部材7Aの棒状押圧部をセル5A内に挿入して各面板部2Aの外側面を押圧するようにすればよい。
(加熱手段)
熱可塑性樹脂フィルム6を加熱する手段としては、例えば、セル列中空体1A、1A同士を、互いの面板部2A、2Aが向かい合うように並べて、前記面板部2A、2A間に熱可塑性樹脂フィルム6を介在させた状態のまま、加熱炉内に入れて、該熱可塑性樹脂フィルム6を加熱するようにしてもよいし、また、セル列中空体1A、1A同士を、互いの面板部2A、2Aが向かい合うように並べて、前記面板部2A、2A間に熱可塑性樹脂フィルム6を介在させて、2枚の面板部2A、2Aの該フィルム6とは接していない面にそれぞれ押圧部材7を当接し、該押圧部材7によって面板部2を両側から該フィルム側に押圧すると共に、該押圧部材7の伝熱によって該熱可塑性樹脂フィルム6を加熱するようにしてもよい。
この際、熱可塑性樹脂フィルム6の加熱温度は、熱可塑性樹脂フィルム6のガラス転移温度よりも高温であればよく、中でも、熱可塑性樹脂フィルム6のガラス転移温度より15℃以上高温であるのが好ましく、30℃以上高温であるのが更に好ましい。また、セル列中空体1Aのガラス転移温度よりも低温とするのが好ましい。
<ハニカムコア材形成工程>
本工程では、前記セル列中空体接着工程で接合して得られたセル列結合中空体1B、1B同士を、前記セル列中空体接着工程と同様に熱可塑性樹脂フィルム6を用いて接着して結合して、セル列結合中空体1Cを形成する。
次に、前記工程で接着して得られたセル列結合中空体1C、1C同士を、フタタ旅前記セル列中空体接着工程と同様に熱可塑性樹脂フィルム6を用いて接着し、必要に応じてこのような接着工程を繰り返してハニカムコア材10を形成すればよい。
前記セル列結合中空体同士の接着を適宜繰り返すことで、所望の大きさのハニカムコア材を製造することができる。
なお、3個以上のセル列中空体1A、1A・・を、隣の面板部2A、2Aが向かい合うように並べると共に、各面板部2A、2A間に熱可塑性樹脂フィルム6を介在させて、一度に3個以上のセル列中空体1A、1A・・を接着して、所望の大きさのハニカムコア材10を製造することもできる。
<ハニカムコア材の用途>
このように作製したハニカムコア材10は、そのまま各種用途に用いることもできるし、又、上下にスキン層を貼り合せることで、ハニカムサンドイッチ構造体を作製することができ、この状態で各種用途に用いることもできる。
<語句の説明>
本明細書において「X〜Y」(X,Yは任意の数字)と表現する場合、特にことわらない限り「X以上Y以下」の意と共に、「好ましくはXより大きい」或いは「好ましくはYより小さい」の意も包含する。
また、「X以上」(Xは任意の数字)或いは「Y以下」(Yは任意の数字)と表現した場合、「Xより大きいことが好ましい」或いは「Y未満であることが好ましい」旨の意図も包含する。
また、一般的に「シート」とは、JISにおける定義上、薄く、一般にその厚さが長さと幅のわりには小さく平らな製品をいい、一般的に「フィルム」とは、長さ及び幅に比べて厚さが極めて小さく、最大厚さが任意に限定されている薄い平らな製品で、通常、ロールの形で供給されるものをいう(日本工業規格JISK6900)。例えば厚さに関して言えば、狭義では100μm以上のものをシートと称し、100μm未満のものをフィルムと称すことがある。しかし、シートとフィルムの境界は定かでなく、本発明において文言上両者を区別する必要がないので、本発明においては、「フィルム」と称する場合でも「シート」を含むものとし、「シート」と称する場合でも「フィルム」を含むものとする。
次に、本発明の実施例について説明する。
<実施例1>
ポリカーボネート(Tg153℃)からなる厚さ0.6mmの2枚の面板間(8.8mm)に、ポリカーボネートからなる厚さ0.5mmの長尺な壁部が該一方向と直交する方向に9.5mm間隔をおいて配設され、当該2枚の面板間に複数の長尺セルを備えた中空体1(厚さ10.0mm、幅1000mm、長さ2000mm)を用意した。
この中空体Aを、図2に示すように、8mm間隔をおいて自動型ハンドカット機を用いて切断し、多数のセル5Aが並んだ構成を備えた複数のセル列中空体に分断した。
次に、図3(A)(B)に示すように、前記分断工程で得られたセル列中空体1Aの向きを90度変えて、互いの面板部2A、2Aが向かい合うように並べると共に、前記面板部2A、2A間に、ポリメチルメタクリレート(Tg89℃)からなる厚さ50μm、幅8mm、長さ1000mmの熱可塑性樹脂フィルム6を介在させて、図8に示すように、クリップ型の押圧部材7Aを使用して、クリップの棒状部を面板部2の外側面に当接し、機械的に押圧部材7によって各面板部2Aを内側に押圧して前記面板部2A、2A間に熱可塑性樹脂フィルム6を挟止させた。この状態で、炉内温度128℃に調整した加熱炉に入れて、熱可塑性樹脂フィルム6を加熱して溶融させて前記面板部2A、2A間を接着して、セル列結合中空体1Bを作製した。
次に、同様に作製した2つのセル列結合中空体1B間に、上記同様に熱可塑性樹脂フィルム6を挟止させて、加熱炉に入れて熱可塑性樹脂フィルム6を加熱して前記面板部2A、2A間を接着して、セル列結合中空体1Cを作製した。そして、これを繰り返してハニカムコア材10を製造した。
<実施例2>
ポリカーボネート(Tg153℃)からなる厚さ0.7mmの2枚の面板間(23.6mm)に、ポリカーボネートからなる厚さ0.5mmの長尺な壁部が該一方向と直交する方向に24.5mm間隔をおいて配設され、当該2枚の面板間に複数の長尺セルを備えた中空体1(厚さ25mm、幅500mm、長さ1000mm)を用意した。
この中空体Aを、図2に示すように、28mm間隔をおいて自動型ハンドカット機を用いて切断し、多数のセル5Aが並んだ構成を備えた複数のセル列中空体に分断した。
ポリウレタン(Tg50℃)からなる厚さ70μm、幅28mm、長さ500mmの熱可塑性樹脂フィルム6を用い、炉内温度を100℃に調整した以外は、その後の工程は実施例1と同様にして、ハニカムコア材10を製造した。
1 中空体
1A セル列中空体
2 面板
2A 面板部
4 壁部
5 長尺セル
5A セル
6 熱可塑性樹脂フィルム
10 ハニカムコア材

Claims (4)

  1. 2枚の面板の間に、一方向に長尺な壁部が該一方向と直交する方向に適宜間隔をおいて配設され、当該2枚の面板の間に複数の長尺なセルを備えた中空体を、前記一方向に適宜間隔をおいて切断して、多数のセルが並んだ構成を備えた複数のセル列中空体に分断する分断工程と、
    前記分断工程で得られたセル列中空体同士を、互いの面板部が向かい合うように並べると共に、前記面板部間に熱可塑性樹脂フィルムを介在させて、セル内に押圧部材を挿入して、面板部の外側面に該押圧部材を当接し、該押圧部材によって面板部を熱可塑性樹脂フィルム側に押圧し、該熱可塑性樹脂フィルムを加熱して前記面板部間を接着するセル列中空体接着工程と、を備えたハニカムコア材の製造方法。
  2. 前記分断工程で得られたセル列中空体同士を、互いの面板部が向かい合うように並べると共に、前記面板部間に熱可塑性樹脂フィルムを介在させて、セル内に押圧部材を挿入して、面板部の外側面に該押圧部材を当接し、該押圧部材によって面板部を熱可塑性樹脂フィルム側に押圧した状態で加熱炉内に入れて、該熱可塑性樹脂フィルムを加熱して前記面板部間を接着することを特徴とする、請求項1に記載のハニカムコア材の製造方法。
  3. 前記セル列中空体接着工程では、前記分断工程で得られたセル列中空体同士を、互いの面板部が向かい合うように並べると共に、前記面板部間に熱可塑性樹脂フィルムを介在させて、セル内に押圧部材を挿入して、面板部の外側面に該押圧部材を当接し、該押圧部材によって面板部を熱可塑性樹脂フィルム側に押圧し、該押圧部材の伝熱によって該熱可塑性樹脂フィルムを加熱して前記面板部間を接着することを特徴とする、請求項1に記載のハニカムコア材の製造方法。
  4. 前記押圧部材は、水平軸部から複数の棒状押圧部が垂下してなる形状を有するものである、請求項1〜3の何れかに記載のハニカムコア材の製造方法。
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