JPH09104081A - 溶接プラスチック・パネルとその製造方法 - Google Patents
溶接プラスチック・パネルとその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 十分な強度を有するパネルを提供する。
【解決手段】 スキンと垂直に配設された対合する一体
型のウェブまたはリブを有するスキンをそれぞれ備える
二枚の半パネルから構成され、前記半パネルを前記ウェ
ブまたはリブに沿って互いに結合して形成される射出成
型パネル。
型のウェブまたはリブを有するスキンをそれぞれ備える
二枚の半パネルから構成され、前記半パネルを前記ウェ
ブまたはリブに沿って互いに結合して形成される射出成
型パネル。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、射出成型した熱可
塑性パネル及びその製造方法に関する。さらに詳細に
は、本発明は、スタック金型中でより好ましくはタンデ
ム成型によって射出成型した二つの半パネルから、その
後実施可能になるとすぐ(好ましくは即時に)ホットプ
レート溶接し、またはその他の方法で互いに結合して形
成したパネルに関する。
塑性パネル及びその製造方法に関する。さらに詳細に
は、本発明は、スタック金型中でより好ましくはタンデ
ム成型によって射出成型した二つの半パネルから、その
後実施可能になるとすぐ(好ましくは即時に)ホットプ
レート溶接し、またはその他の方法で互いに結合して形
成したパネルに関する。
【0002】容器、車両、建物など多くの製品はその中
にパネルを利用している。こうしたパネルは、その最終
用途に応じて、下記の特性のうちいくつかを有する必要
がある。
にパネルを利用している。こうしたパネルは、その最終
用途に応じて、下記の特性のうちいくつかを有する必要
がある。
【0003】パネル平面に垂直に加わる力に耐えるため
の曲げ強さ、せん断強さ、圧縮強さ、パネル平面に水平
に加わる力に耐えるための引張り強さ、圧縮強さ、せん
断強さ、および柱状座屈強さ、 剛性 長時間負荷の下でのクリープ強さ 衝撃耐性 極限温度および熱衝撃耐性 水分、化学薬品、菌類、昆虫、紫外線による劣化耐性 強力接着能力 軽量 耐火性 断熱性 気密性及び水密性 浮力 滑らかな、連続した、またはしぼ付きの表面 複心曲面能力など。
の曲げ強さ、せん断強さ、圧縮強さ、パネル平面に水平
に加わる力に耐えるための引張り強さ、圧縮強さ、せん
断強さ、および柱状座屈強さ、 剛性 長時間負荷の下でのクリープ強さ 衝撃耐性 極限温度および熱衝撃耐性 水分、化学薬品、菌類、昆虫、紫外線による劣化耐性 強力接着能力 軽量 耐火性 断熱性 気密性及び水密性 浮力 滑らかな、連続した、またはしぼ付きの表面 複心曲面能力など。
【0004】
【従来の技術】既知の多くのパネル構造では、上記の要
件はこれまで木板によって構成されてきた。しかし木板
は、木目の方向の曲げおよび柱状強度を提供することに
限られている。この制限を克服しようとする中で、各プ
ライ(層)の木目方向がそれに隣接するプライと直角を
なしている合板が、パネル平面内のすべての方向に曲げ
および柱状強度を有するパネルを作り出したが、それら
の特性は外側プライの木目方向の方が外側プライの木目
方向よりも大きい。
件はこれまで木板によって構成されてきた。しかし木板
は、木目の方向の曲げおよび柱状強度を提供することに
限られている。この制限を克服しようとする中で、各プ
ライ(層)の木目方向がそれに隣接するプライと直角を
なしている合板が、パネル平面内のすべての方向に曲げ
および柱状強度を有するパネルを作り出したが、それら
の特性は外側プライの木目方向の方が外側プライの木目
方向よりも大きい。
【0005】合板の芯に金属またはプラスチックのスキ
ン(外皮)を貼り付けることにより、パネル強度が増
し、全方向で均一な強度が得られる。軽量化を達成する
ため、バルサ小口材、ハネカム材料、海綿状プラスチッ
ク、金属またはプラスチックのトラス構造など低密度の
芯が使用される。これらの構成では、積層物の芯及びス
キンへの接着が、十分なせん断強度を持ち、パネルが曲
げまたは沿層方向の圧縮を受けたとき、スキンがその全
強度で耐えることができる必要がある。
ン(外皮)を貼り付けることにより、パネル強度が増
し、全方向で均一な強度が得られる。軽量化を達成する
ため、バルサ小口材、ハネカム材料、海綿状プラスチッ
ク、金属またはプラスチックのトラス構造など低密度の
芯が使用される。これらの構成では、積層物の芯及びス
キンへの接着が、十分なせん断強度を持ち、パネルが曲
げまたは沿層方向の圧縮を受けたとき、スキンがその全
強度で耐えることができる必要がある。
【0006】もう一つのタイプのパネルは、波形板と呼
ばれるものである。このパネルは、波の方向に曲げ強さ
と柱状強度を与えるには効率がよいが、横方向の強度は
非常に小さい。
ばれるものである。このパネルは、波の方向に曲げ強さ
と柱状強度を与えるには効率がよいが、横方向の強度は
非常に小さい。
【0007】もう一つのタイプのパネルは、一対の平行
な材料シートからなるもので、各シートに凹みが圧痕さ
れ、それを相手シート上の対応する凹みに溶接する。凹
みが平行な波形であり、連結された平行なチューブの列
であるパネルが作り出される場合、そのパネルは波方向
に曲げ強さを与えるのに効率がよいが、波と交差する方
向ではそうではない。凹みが円錐形または角錐形でパネ
ル表面の全体に分布している場合、発生する曲げ強さは
使用する材料の量に比して小さくなる。さらに、全方向
に曲げ強さを与えるために、様々な凹みの形状と配置が
利用されてきた。しかし、パネルが曲げを受けるとき、
複雑な応力パターンが生じ、スキンのある領域が他の領
域よりも高い応力を受け、その結果効率が失われる。こ
のタイプのパネルは、多くの応用で望ましい連続した平
坦な表面をもたない。
な材料シートからなるもので、各シートに凹みが圧痕さ
れ、それを相手シート上の対応する凹みに溶接する。凹
みが平行な波形であり、連結された平行なチューブの列
であるパネルが作り出される場合、そのパネルは波方向
に曲げ強さを与えるのに効率がよいが、波と交差する方
向ではそうではない。凹みが円錐形または角錐形でパネ
ル表面の全体に分布している場合、発生する曲げ強さは
使用する材料の量に比して小さくなる。さらに、全方向
に曲げ強さを与えるために、様々な凹みの形状と配置が
利用されてきた。しかし、パネルが曲げを受けるとき、
複雑な応力パターンが生じ、スキンのある領域が他の領
域よりも高い応力を受け、その結果効率が失われる。こ
のタイプのパネルは、多くの応用で望ましい連続した平
坦な表面をもたない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、パネ
ル平面に平行な全ての軸の周り、及びパネル平面に垂直
な軸の周りで曲げ強さを有するパネルを提供することで
ある。
ル平面に平行な全ての軸の周り、及びパネル平面に垂直
な軸の周りで曲げ強さを有するパネルを提供することで
ある。
【0009】本発明の他の目的は、その平面内及びその
平面に垂直な全方向に圧縮強さ及び引張り強さを有する
パネルを提供することである。
平面に垂直な全方向に圧縮強さ及び引張り強さを有する
パネルを提供することである。
【0010】本発明のさらに他の目的は、タンデム成型
技法を使って、前記半パネルを形成し、それに続いて半
パネルをホットプレート溶接する、または他の方法で接
着することにより、本発明のパネルを製造する方法を提
供することである。半パネルの接着は、その形成の直後
に行うことが最も好ましい。
技法を使って、前記半パネルを形成し、それに続いて半
パネルをホットプレート溶接する、または他の方法で接
着することにより、本発明のパネルを製造する方法を提
供することである。半パネルの接着は、その形成の直後
に行うことが最も好ましい。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、二つのパネル
部分(好ましくは半パネル)からなり、それを互いに接
着した(好ましくは熱可塑性の)パネルを対象とする。
各パネル部分は、一体型のウェブを備える「スキン」か
らなる。ウェブは、同じ方向に走っていてもよく、また
パネル使用の際に有利な、ハネカム、三角形、正方形な
どどんなパターンで配置してもよい。最も簡単な場合、
二個の半パネルを、対になるウェブを互いに対面させて
一緒にし、ウェブの対になる表面に沿って接着する。こ
の接着は、パネルが支持しなければならない力に耐えう
るのに充分なせん断強さと引張り強さを持つ接合をもた
らすどんな手段で行ってもよい。
部分(好ましくは半パネル)からなり、それを互いに接
着した(好ましくは熱可塑性の)パネルを対象とする。
各パネル部分は、一体型のウェブを備える「スキン」か
らなる。ウェブは、同じ方向に走っていてもよく、また
パネル使用の際に有利な、ハネカム、三角形、正方形な
どどんなパターンで配置してもよい。最も簡単な場合、
二個の半パネルを、対になるウェブを互いに対面させて
一緒にし、ウェブの対になる表面に沿って接着する。こ
の接着は、パネルが支持しなければならない力に耐えう
るのに充分なせん断強さと引張り強さを持つ接合をもた
らすどんな手段で行ってもよい。
【0012】本発明の上記その他の目的及び利点ならび
に従来技術との比較は、添付の図面を参照して詳しく説
明する。
に従来技術との比較は、添付の図面を参照して詳しく説
明する。
【0013】
【発明の実施の形態】図1A及び図1Bを参照すると、
本発明のパネル構造は10に示してある。図に示すよう
に、パネルは、上部半パネル12と下部半パネル14か
ら構成され、溶接や接着剤など既知の手段によって中間
平面位置で一緒に結合される。
本発明のパネル構造は10に示してある。図に示すよう
に、パネルは、上部半パネル12と下部半パネル14か
ら構成され、溶接や接着剤など既知の手段によって中間
平面位置で一緒に結合される。
【0014】図1Bに示すように、各半パネル12、1
4は、外側表面またはスキン18と、スキン18の内側
表面に垂直に配設されそれと一体に成型された複数のウ
ェブまたはリブ20を備える。半パネル12、14は、
ウェブ20を介してスキン18間に配置された平面16
の所で互いに接合される。
4は、外側表面またはスキン18と、スキン18の内側
表面に垂直に配設されそれと一体に成型された複数のウ
ェブまたはリブ20を備える。半パネル12、14は、
ウェブ20を介してスキン18間に配置された平面16
の所で互いに接合される。
【0015】図1Aのパネル構造を参照すると、2イン
チの中心上を縦横に走る厚さ0.10インチのスキンと
厚さ0.10インチのウェブを有する長さ30インチ、
幅2.5インチ、全厚1.0インチのパネルストリップ
を、 Structural DynamicsResearch Corporation提供の
Ideas(R)有限要素解析ソフトウェアを使ってコンピュー
タシミュレーションを行った。前記パネルは、自由スパ
ンが30インチになるように両端で支持した。中心をま
たいで長さ4インチの領域にわたって50ポンドの負荷
をかけ、生じたパネル応力を計算した。パネルストリッ
プの下側スキンは引っ張られ、パネルの中心で約144
0ポンド/平方インチのピーク値を示した。上側スキン
は圧縮され、パネル中心で約1620ポンド/平方イン
チのピーク値をもっていた。パネルの中間表面のウェブ
領域のせん断応力は、約144ポンド/立方インチと算
出された。この数字から明らかなように、応力が最大に
なるのはパネルスキンと、パネルスキンに隣接するウェ
ブ領域である。ウェブはスキンに一体成型されているの
で、これらの領域ではその材料の強度がフルに得られ
る。パネルの溶接領域は高い応力がかからないので、パ
ネルの曲げ強さ及び柱状強度では、溶接領域が母材料ほ
ど強くなくてもよい。
チの中心上を縦横に走る厚さ0.10インチのスキンと
厚さ0.10インチのウェブを有する長さ30インチ、
幅2.5インチ、全厚1.0インチのパネルストリップ
を、 Structural DynamicsResearch Corporation提供の
Ideas(R)有限要素解析ソフトウェアを使ってコンピュー
タシミュレーションを行った。前記パネルは、自由スパ
ンが30インチになるように両端で支持した。中心をま
たいで長さ4インチの領域にわたって50ポンドの負荷
をかけ、生じたパネル応力を計算した。パネルストリッ
プの下側スキンは引っ張られ、パネルの中心で約144
0ポンド/平方インチのピーク値を示した。上側スキン
は圧縮され、パネル中心で約1620ポンド/平方イン
チのピーク値をもっていた。パネルの中間表面のウェブ
領域のせん断応力は、約144ポンド/立方インチと算
出された。この数字から明らかなように、応力が最大に
なるのはパネルスキンと、パネルスキンに隣接するウェ
ブ領域である。ウェブはスキンに一体成型されているの
で、これらの領域ではその材料の強度がフルに得られ
る。パネルの溶接領域は高い応力がかからないので、パ
ネルの曲げ強さ及び柱状強度では、溶接領域が母材料ほ
ど強くなくてもよい。
【0016】熱可塑性材料で作ったパネルでは、中間平
面の溶接または接着剤による接着を行うことができる。
その引張り、圧縮及びせん断力は母材に近い。しかし、
得られる接合部の一部は、結合される材料などたわませ
ることができない。図1A及び図1Bに示したパネルの
中間平面における接合部は主にせん断負荷を受け、パネ
ルの曲げまたは柱状圧縮中にたわまない。また中間平面
にある結合された領域は、パネルの外側表面への衝撃時
にたわみから保護される。パネル表面に垂直な、ウェブ
を座屈させるに十分な衝撃のような重い過負荷の下での
み、接合領域がたわむ。
面の溶接または接着剤による接着を行うことができる。
その引張り、圧縮及びせん断力は母材に近い。しかし、
得られる接合部の一部は、結合される材料などたわませ
ることができない。図1A及び図1Bに示したパネルの
中間平面における接合部は主にせん断負荷を受け、パネ
ルの曲げまたは柱状圧縮中にたわまない。また中間平面
にある結合された領域は、パネルの外側表面への衝撃時
にたわみから保護される。パネル表面に垂直な、ウェブ
を座屈させるに十分な衝撃のような重い過負荷の下での
み、接合領域がたわむ。
【0017】図1A及び図1Bのパネルの中間平面接合
位置は、スキンが軽量芯に溶接または接着されるパネル
構造よりも有利である。後者の構造では、接合領域はス
キンの真下にあって、外部衝撃で損傷を受け、そのため
にパネルが剥がれ、パネル構造が破損する可能性があ
る。
位置は、スキンが軽量芯に溶接または接着されるパネル
構造よりも有利である。後者の構造では、接合領域はス
キンの真下にあって、外部衝撃で損傷を受け、そのため
にパネルが剥がれ、パネル構造が破損する可能性があ
る。
【0018】上記のように負荷のかかる本発明のパネル
では、その潜在的曲げ強さをフルに発揮するには、圧縮
応力を受ける上側のスキンが、その側で圧縮降伏強度に
達する前に、あるいはパネルの他方の側で引張り降伏強
度に達する前に座屈してはならない。座屈を避けるに
は、ウェブ間隔とスキン厚さの比が大きすぎてはならな
い。例えば、等間隔のリブを有する、あるいは図1A及
び図1Bに示すようにX方向とY方向に走るウェブを有
するパネルの場合、スキンは小さな正方形に分割され、
座屈開始時のスキン中の応力は次式で近似できる。
では、その潜在的曲げ強さをフルに発揮するには、圧縮
応力を受ける上側のスキンが、その側で圧縮降伏強度に
達する前に、あるいはパネルの他方の側で引張り降伏強
度に達する前に座屈してはならない。座屈を避けるに
は、ウェブ間隔とスキン厚さの比が大きすぎてはならな
い。例えば、等間隔のリブを有する、あるいは図1A及
び図1Bに示すようにX方向とY方向に走るウェブを有
するパネルの場合、スキンは小さな正方形に分割され、
座屈開始時のスキン中の応力は次式で近似できる。
【0019】
【数1】
【0020】上式で、 σcr=座屈開始時の内部応力(ポンド/平方インチ) E=スキン材料のヤング率(ポンド/平方インチ) V=スキン材料のポアソン比 h=スキンの厚さ(インチ) b=スキン基本正方形の一辺の長さ(インチ) 図1A及び図1Bに示した高密度ポリエチレン製のパネ
ル構造では、Eの値は180,000ポンド/平方イン
チ、降伏強度は3,600ポンド/平方インチで、V=
0.45、h=0.10インチ、b=1.90インチで
あり、σcrは5,400ポンド/平方インチとなる。
ル構造では、Eの値は180,000ポンド/平方イン
チ、降伏強度は3,600ポンド/平方インチで、V=
0.45、h=0.10インチ、b=1.90インチで
あり、σcrは5,400ポンド/平方インチとなる。
【0021】この場合はσcrが材料の降伏強度をかなり
上回っているので、このパネルが曲げられるとき、圧縮
側は座屈せず、引張り側は材料の降伏応力まで耐えるこ
とができると予想される。
上回っているので、このパネルが曲げられるとき、圧縮
側は座屈せず、引張り側は材料の降伏応力まで耐えるこ
とができると予想される。
【0022】図3A、3B、4A、4Bに示すように、
取付けボス22を規則的パターンでまたは必要とされる
ほとんどどんなパターンでも設けることができる。図3
A及び図3Bでは、前記ボス22は各半パネル12と1
4の各ウェブ20の接合部にあり、図4A及び図4Bで
は、前記ボス22は各半パネル12と14のウェブ20
内にある。
取付けボス22を規則的パターンでまたは必要とされる
ほとんどどんなパターンでも設けることができる。図3
A及び図3Bでは、前記ボス22は各半パネル12と1
4の各ウェブ20の接合部にあり、図4A及び図4Bで
は、前記ボス22は各半パネル12と14のウェブ20
内にある。
【0023】ボス22は、各半パネル12及び14のス
キン18及びウェブ20と一体成型され、自己タッピン
ねじまたはねじ切りねじ用に芯を抜くことができる。図
のように、ボス22と各半パネル12及び14は整列さ
せることができ、したがってウェブと同時に一緒に結合
することができる。取付けを行う際には、一個または複
数のボス22の上のスキン18に孔を開けて、ねじ留め
などにより接着剤を用いてまたは用いずに取付けを行う
ことができる。さらに、ボス22に、超音波によるねじ
付き挿入物の挿入に適した直径の芯抜き孔を設けること
もできる。
キン18及びウェブ20と一体成型され、自己タッピン
ねじまたはねじ切りねじ用に芯を抜くことができる。図
のように、ボス22と各半パネル12及び14は整列さ
せることができ、したがってウェブと同時に一緒に結合
することができる。取付けを行う際には、一個または複
数のボス22の上のスキン18に孔を開けて、ねじ留め
などにより接着剤を用いてまたは用いずに取付けを行う
ことができる。さらに、ボス22に、超音波によるねじ
付き挿入物の挿入に適した直径の芯抜き孔を設けること
もできる。
【0024】ボス22が図3Aに示すようにウェブ20
の接合部に位置するときは、パネル10の平面に垂直に
ボス22に加えられた引張り力がせん断によってウェブ
20に伝えられ、ウェブ20は隣接するスキン18と共
にビーム構造を形成して、その力によって生じる曲げモ
ーメントに耐える。パネル10の平面に平行にボス22
に加えられた力は、スキンとウェブ20の圧縮力、せん
断力、引張り力の抵抗を受ける。取付けボスはパネル1
0のウェブ20内ではなくスキン18内にあってもよい
が、スキン内のボスに加えられたパネル平面に垂直な負
荷はスキンの局部的曲げと変位を引き起こし、これは一
般にも望ましくない。
の接合部に位置するときは、パネル10の平面に垂直に
ボス22に加えられた引張り力がせん断によってウェブ
20に伝えられ、ウェブ20は隣接するスキン18と共
にビーム構造を形成して、その力によって生じる曲げモ
ーメントに耐える。パネル10の平面に平行にボス22
に加えられた力は、スキンとウェブ20の圧縮力、せん
断力、引張り力の抵抗を受ける。取付けボスはパネル1
0のウェブ20内ではなくスキン18内にあってもよい
が、スキン内のボスに加えられたパネル平面に垂直な負
荷はスキンの局部的曲げと変位を引き起こし、これは一
般にも望ましくない。
【0025】長時間の曲げにおいて本発明のパネルが座
屈するのを回避するため、ウェブまたはリブ20の厚さ
を増し、その間隔を小さくし、あるいはスキンの厚さを
増すこともできる。このような措置では使用する材料の
量が著しく増大するが、その代替案として、図2A及び
図2Bの24に例として示したようなガセットを半パネ
ルに付加するのが、追加材料を余り増やさずに座屈強さ
を増大させる効率的な方法である。ガセット24は半パ
ネルと一体成型することができ、通常はリブ20間に中
心を置き、前記リブ20の高さとほぼ同じ高さ、リブ2
0間の間隔の約三分の一の長さである。
屈するのを回避するため、ウェブまたはリブ20の厚さ
を増し、その間隔を小さくし、あるいはスキンの厚さを
増すこともできる。このような措置では使用する材料の
量が著しく増大するが、その代替案として、図2A及び
図2Bの24に例として示したようなガセットを半パネ
ルに付加するのが、追加材料を余り増やさずに座屈強さ
を増大させる効率的な方法である。ガセット24は半パ
ネルと一体成型することができ、通常はリブ20間に中
心を置き、前記リブ20の高さとほぼ同じ高さ、リブ2
0間の間隔の約三分の一の長さである。
【0026】本発明に従って作成したパネルの全体的優
越性を例示するため、図5A、6A、7Aの射出成型パ
ネルのコンピュータ・シミュレーションを、図8A、9
Aの押出しパネル、ならびに射出成型パネルおよび押出
しパネルと単位面積当たりの体積が同じ材料を含む中実
平板のコンピュータ・シミュレーションと比較した。前
記の各成型パネルは全厚及び単位面積当たりの材料の体
積が同じである。
越性を例示するため、図5A、6A、7Aの射出成型パ
ネルのコンピュータ・シミュレーションを、図8A、9
Aの押出しパネル、ならびに射出成型パネルおよび押出
しパネルと単位面積当たりの体積が同じ材料を含む中実
平板のコンピュータ・シミュレーションと比較した。前
記の各成型パネルは全厚及び単位面積当たりの材料の体
積が同じである。
【0027】上記の各パネルについて、下記の式を用い
て曲げ強度と曲げによるたわみを計算した。
て曲げ強度と曲げによるたわみを計算した。
【0028】
【数2】
【0029】上式で、 M=幅インチ当たり加えられた曲げ移動(単位ポンド/
インチ) σ=許容引張り応力または圧縮応力(ポンド/インチ) I=単位幅当たりパネル断面の慣性モーメント(インチ
4 / インチ) c=中立軸からパネル外側表面までの間隔(インチ) これらのパネルはすべて同じ材料でできているので許容
応力σの値はすべて同じである。したがって、上記の式
(1)は、許容曲げ移動がI/cに比例することを示し
ている。
インチ) σ=許容引張り応力または圧縮応力(ポンド/インチ) I=単位幅当たりパネル断面の慣性モーメント(インチ
4 / インチ) c=中立軸からパネル外側表面までの間隔(インチ) これらのパネルはすべて同じ材料でできているので許容
応力σの値はすべて同じである。したがって、上記の式
(1)は、許容曲げ移動がI/cに比例することを示し
ている。
【0030】曲げ負荷の下でのパネルのたわみは、上式
による断面の慣性モーメントに反比例する。
による断面の慣性モーメントに反比例する。
【0031】
【数3】
【0032】上式で、 f=たわみ(単位インチ) K=加える力と抑制位置によって決まる係数 W=単位幅当たり加えられる合計の力(ポンド/イン
チ) L=パネルのスパン長さ(インチ) E=パネル材料のヤング率(ポンド/平方インチ) I=単位幅当たりのパネル断面の慣性モーメント(イン
チ4 /インチ) 各パネルの柱状座屈強さは、長い柱状体ではオイラーの
公式に基づいて計算された。
チ) L=パネルのスパン長さ(インチ) E=パネル材料のヤング率(ポンド/平方インチ) I=単位幅当たりのパネル断面の慣性モーメント(イン
チ4 /インチ) 各パネルの柱状座屈強さは、長い柱状体ではオイラーの
公式に基づいて計算された。
【0033】
【数4】
【0034】上式で、 Po=幅1インチ当たりの座屈圧縮力 η=柱状体の最終状態に適した係数 E=柱状体材料のヤング率(ポンド/平方インチ) L=柱状体の長さ(インチ) I=柱状体の慣性モーメント(インチ4 /インチ) 本明細書で開示する様々のパネルについて式(1)、
(2)、(3)を用いた計算の結果を下記の表1に示
す。
(2)、(3)を用いた計算の結果を下記の表1に示
す。
【0035】
【表1】
【0036】表1を参照すると、ウェブまたはリブ付き
の単一壁パネル(図5A)は、中実平板に比べて曲げで
約2倍、剛性で10倍の強度がある。
の単一壁パネル(図5A)は、中実平板に比べて曲げで
約2倍、剛性で10倍の強度がある。
【0037】棒状格子からなるパネル(図6A)は、リ
ブ付き単一壁パネル(図5A)と曲げ強さおよび剛性が
ほぼ同じである。
ブ付き単一壁パネル(図5A)と曲げ強さおよび剛性が
ほぼ同じである。
【0038】波形パネル(図7A)は、リブ付き単一壁
パネル(図5A)に比べて曲げ強さが約3倍、Y方向の
剛性が2倍以上である。しかし、波形パネル(図7A)
は、X方向ではリブ付き単一壁パネル(図5A)に比べ
て曲げ強さが約1/5、剛性が約1/47である。
パネル(図5A)に比べて曲げ強さが約3倍、Y方向の
剛性が2倍以上である。しかし、波形パネル(図7A)
は、X方向ではリブ付き単一壁パネル(図5A)に比べ
て曲げ強さが約1/5、剛性が約1/47である。
【0039】図8Aの押出しパネルは、リブ付き単一壁
パネル(図5A)に比べてY方向の強さが約3.5倍、
剛性が約2.5倍である。X方向では、図5Aのパネル
に比べて曲げ強さが約0.75倍、剛性が約0.5倍で
ある。
パネル(図5A)に比べてY方向の強さが約3.5倍、
剛性が約2.5倍である。X方向では、図5Aのパネル
に比べて曲げ強さが約0.75倍、剛性が約0.5倍で
ある。
【0040】さらに示すように、図9Aの押出しパネル
はリブ付き単一壁パネル(図5A)に比べてY方向の曲
げ強さが約3倍、剛性が約2倍である。X方向では、リ
ブ付き単一壁パネル(図5A)に比べて曲げ強さが約
2.5倍、剛性が約1.8倍である。
はリブ付き単一壁パネル(図5A)に比べてY方向の曲
げ強さが約3倍、剛性が約2倍である。X方向では、リ
ブ付き単一壁パネル(図5A)に比べて曲げ強さが約
2.5倍、剛性が約1.8倍である。
【0041】図10Aに示した本発明の二重壁パネル
は、図5Aのパネルに比べてX方向でもY方向でも曲げ
強さが約3.4倍、剛性が2.3倍である。
は、図5Aのパネルに比べてX方向でもY方向でも曲げ
強さが約3.4倍、剛性が2.3倍である。
【0042】材料が同じで圧縮方向の長さが同じパネル
について、式(3)は、座屈点に至るまで耐えることの
できる単位幅当たりの力が慣性モーメントIに比例する
ことを示している。表1を参照すると、図10Aの成型
溶接パネルの柱状座屈強さはX方向では上記の他のパネ
ルよりも大幅に大きいことがわかる。Y方向では、図1
0Aのパネルの柱状座屈強さは、図8Aの押出しパネル
以外の上記のすべてのパネルよりも大きい。図8Aの押
出しパネルは約6%高い。
について、式(3)は、座屈点に至るまで耐えることの
できる単位幅当たりの力が慣性モーメントIに比例する
ことを示している。表1を参照すると、図10Aの成型
溶接パネルの柱状座屈強さはX方向では上記の他のパネ
ルよりも大幅に大きいことがわかる。Y方向では、図1
0Aのパネルの柱状座屈強さは、図8Aの押出しパネル
以外の上記のすべてのパネルよりも大きい。図8Aの押
出しパネルは約6%高い。
【0043】本発明のパネル、すなわち成型し溶接した
半パネルは、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリロ
ニトリル−ブタジェン−スチレン(ABS)、ポリカー
ボネート、アクリルなど、いくつかの材料から製造する
ことができる。こられの材料は、既知の三つの技術を新
しい新規な形で組み合わせた独自の製造工程で使用され
る。ホットプレートで溶接可能な材料が好ましい材料で
ある。
半パネルは、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリロ
ニトリル−ブタジェン−スチレン(ABS)、ポリカー
ボネート、アクリルなど、いくつかの材料から製造する
ことができる。こられの材料は、既知の三つの技術を新
しい新規な形で組み合わせた独自の製造工程で使用され
る。ホットプレートで溶接可能な材料が好ましい材料で
ある。
【0044】本発明のプラスチックパネルの製造には、
いくつかの問題があるが、パネル構造で最大の強度と剛
性を得るには、それらの問題を最小限に抑えなければな
らいない。これらの問題は、主として溶接中の半パネル
の収縮から生じるものである。
いくつかの問題があるが、パネル構造で最大の強度と剛
性を得るには、それらの問題を最小限に抑えなければな
らいない。これらの問題は、主として溶接中の半パネル
の収縮から生じるものである。
【0045】高機能プラスチックの成型後収縮は0.5
%程度であることが知られている。ポリオレフィン類で
は1.0%程度である。この収縮は、次の三つの成分か
らなる。
%程度であることが知られている。ポリオレフィン類で
は1.0%程度である。この収縮は、次の三つの成分か
らなる。
【0046】(1)熱収縮 (2)プラスチックの液相から固相への相変化 (3)分子再配列 最初の二種の収縮は部品の冷却と同時に起こる。第三の
分子再配列には数時間ないし数日かかる。
分子再配列には数時間ないし数日かかる。
【0047】また収縮は下記の要因の関数であることも
知られている。
知られている。
【0048】(1)材料組成 (2)処理の温度/履歴 (3)パッキングの圧力と時間 (4)金型内冷却時間 (5)金型外冷却条件 (6)(i)区間厚さの変動、(ii)金型内における
プラスチック流れの変動、及び(iii )金型内における
パッキング圧力による内部応力。
プラスチック流れの変動、及び(iii )金型内における
パッキング圧力による内部応力。
【0049】上記の収縮の問題を最小限に抑え、この開
示に記述するようなパネルを製造するために、「タンデ
ム成型」用に設計された射出成型機で二つの対合する半
パネルを逐次成型することが好ましい。タンデム成型機
は、通常の静止プラテンと移動プラテンの間に配列され
た中央プラテンを使用する点で標準の射出成型機と異な
る。中央プラテンの両側に二個の標準金型を装着し、運
転中は部品取出しのため二つの金型を交互に開ける。射
出ユニットを機械後部へずらし、各成型に交互に射出す
る。上記タイプのタンデム成型機は、カナダ、オンタリ
オ州 Bolton のHusky Injection Molding System Ltd.
から入手できる。
示に記述するようなパネルを製造するために、「タンデ
ム成型」用に設計された射出成型機で二つの対合する半
パネルを逐次成型することが好ましい。タンデム成型機
は、通常の静止プラテンと移動プラテンの間に配列され
た中央プラテンを使用する点で標準の射出成型機と異な
る。中央プラテンの両側に二個の標準金型を装着し、運
転中は部品取出しのため二つの金型を交互に開ける。射
出ユニットを機械後部へずらし、各成型に交互に射出す
る。上記タイプのタンデム成型機は、カナダ、オンタリ
オ州 Bolton のHusky Injection Molding System Ltd.
から入手できる。
【0050】半パネル中の内部応力を減らし、これによ
って、非対称の収縮とそりを減らすもう一つの技法は、
ガス支援成型である。ガス支援成型は、パッキングと充
填に必要な圧力を大幅に下げることにより、成型パネル
内の残存応力を低下させる。ガス支援による圧力は、応
力を下げる他に、必要なマシントン数を1/4に減ら
す。このため、他の方法で可能なよりもはるかに資本効
率の高い方法が得られる。
って、非対称の収縮とそりを減らすもう一つの技法は、
ガス支援成型である。ガス支援成型は、パッキングと充
填に必要な圧力を大幅に下げることにより、成型パネル
内の残存応力を低下させる。ガス支援による圧力は、応
力を下げる他に、必要なマシントン数を1/4に減ら
す。このため、他の方法で可能なよりもはるかに資本効
率の高い方法が得られる。
【0051】本発明のパネルを形成するのに使用される
半パネルは、上記のタンデム成型法によりガスを用いて
またはガスを用いないで作成することができる。タンデ
ム成型法を用いて前記半パネルを成型する際、各半パネ
ルは、互いに接合して完全なパネルを形成する時に材令
が半サイクルだけ違っている。したがって、成型後及び
接合の直前の収縮は最小限に保たれる。さらに、各半パ
ネルが成型されるとき、その長さと幅を監視することが
でき、得られる半パネルで所望の寸法を達成するために
成型パラメータに加えるべき補正があれば自動的に補正
することができる。
半パネルは、上記のタンデム成型法によりガスを用いて
またはガスを用いないで作成することができる。タンデ
ム成型法を用いて前記半パネルを成型する際、各半パネ
ルは、互いに接合して完全なパネルを形成する時に材令
が半サイクルだけ違っている。したがって、成型後及び
接合の直前の収縮は最小限に保たれる。さらに、各半パ
ネルが成型されるとき、その長さと幅を監視することが
でき、得られる半パネルで所望の寸法を達成するために
成型パラメータに加えるべき補正があれば自動的に補正
することができる。
【0052】部品すなわち半パネルを金型から取り出し
てすぐにホットプレート溶接によって接合すると、収縮
差が発生する時間が最小限になり、冷却時に二個の部品
を自己固定させてそりを防止することができる。ホット
プレート溶接は好ましいボンディング方法であり、セッ
トアップ時間が非常に短く全サイクル時間も短いためボ
ンドが即時に形成される。セットアップ時間(部品が最
初に接触してから完全な強度が得られるまでの時間)は
一般に10〜20秒である。
てすぐにホットプレート溶接によって接合すると、収縮
差が発生する時間が最小限になり、冷却時に二個の部品
を自己固定させてそりを防止することができる。ホット
プレート溶接は好ましいボンディング方法であり、セッ
トアップ時間が非常に短く全サイクル時間も短いためボ
ンドが即時に形成される。セットアップ時間(部品が最
初に接触してから完全な強度が得られるまでの時間)は
一般に10〜20秒である。
【0053】バッチ成型やスタック成型など他の射出成
型の方法と装置を使用して本発明のパネルを形成するこ
とも可能であるが、それらの方法と装置は収縮制御に問
題があり、したがってより複雑でコストがかかる。
型の方法と装置を使用して本発明のパネルを形成するこ
とも可能であるが、それらの方法と装置は収縮制御に問
題があり、したがってより複雑でコストがかかる。
【0054】本発明を具体的実施例に関して説明した
が、これは例示的なものにすぎず、本発明は必ずしもそ
れに限定されるものではないことを理解されたい。当業
者には、この開示に照らせばいくつかの代替実施形態及
び操作技術が明らかになるであろう。したがって、ここ
に記述する発明の趣旨と範囲から逸脱することなく修正
を加えられることが意図されている。
が、これは例示的なものにすぎず、本発明は必ずしもそ
れに限定されるものではないことを理解されたい。当業
者には、この開示に照らせばいくつかの代替実施形態及
び操作技術が明らかになるであろう。したがって、ここ
に記述する発明の趣旨と範囲から逸脱することなく修正
を加えられることが意図されている。
【図1A】本発明により作成したパネルの一区間の上面
図である。
図である。
【図1B】図1Aを線1−1で切った断面図である。
【図2A】図1Aのパネルを構成する半パネルの一つの
上面図である。
上面図である。
【図2B】図2Aを線2−2で切った断面図である。
【図3A】各半パネルの各ウェブの接合部の所で各半パ
ネルに一体成型された取付けボスを有するパネルの一区
間の上面図である。
ネルに一体成型された取付けボスを有するパネルの一区
間の上面図である。
【図3B】図3Aを線3−3で切った断面図である。
【図4A】各半パネルの各ウェブに一体成型された取付
けボスを有するパネルの一区間の上面図である。
けボスを有するパネルの一区間の上面図である。
【図4B】図4Aを4−4で切った断面図である。
【図5A】従来の射出成型パネルの上面図である。
【図5B】図5Aに示したパネル要素の立面図である。
【図6A】従来の射出成型パネルの上面図である。
【図6B】図6Aに示したパネル要素の立面図である。
【図7A】従来の射出成型パネルの上面図である。
【図7B】図7Aに示したパネル要素の立面図である。
【図8A】従来の押出しパネルの諸要素の上面図であ
る。
る。
【図8B】図8Aに示したパネルの立面図である。
【図9A】従来の押出しパネルの諸要素の上面図であ
る。
る。
【図9B】図9Aに示したパネルの立面図である。
【図10A】本発明の溶接二重壁パネルの要素の上面図
である。
である。
【図10B】図10Aに示したパネルの立面図である。
10 パネル構造 12 上部半パネル 14 下部半パネル 18 スキン 20 ウェブ 22 取付けボス 24 ガセット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // B29K 23:00 33:00 55:02 69:00 B29L 31:60 (72)発明者 ロバート・エル・ウエルズ アメリカ合衆国、バーモント・05075、シ ートフオード・センター、ルート・113 (72)発明者 マーク・シー・ゲイドス アメリカ合衆国、マサチユーセツツ・ 01301、グリーンフイールド、プロスペク ト・アベニユー・16
Claims (37)
- 【請求項1】 異なる二個のパネル部分を有し、前記各
パネルが、スキンと、前記スキンの第一の表面から前記
スキンに全体的に垂直に延びて、前記スキンの前記第一
表面から前記ウェブの長さだけ間隔を置いて配置され
た、結合表面を規定する、一体成型された支持ウェブと
を備え、前記パネル部分が各部分の結合表面で結合され
るパネル。 - 【請求項2】 各ウェブが他方の前記パネル部分上のウ
ェブと整列している請求項1に記載のパネル。 - 【請求項3】 各ウェブ・パネル部分がさらにガセット
を含んでいる請求項1に記載のパネル。 - 【請求項4】 前記ガセットの高さが各ウェブの約半分
であり、長さが各ウェブの三分の一である請求項3に記
載のパネル。 - 【請求項5】 前記ガセットが、前記ウェブから前記ス
キンの前記第一表面へと延びる斜辺を有する請求項3に
記載のパネル。 - 【請求項6】 前記ガセットが各ウェブに沿って中央の
位置にある請求項3に記載のパネル。 - 【請求項7】 前記各ウェブが前記スキンの前記第一表
面上で幾何パターンを形成している請求項1に記載のパ
ネル。 - 【請求項8】 前記幾何パターンが、反復する平行四辺
形である請求項7に記載のパネル。 - 【請求項9】 前記平行四辺形が長方形である請求項8
に記載のパネル。 - 【請求項10】 前記ウェブがそれぞれ、他方の前記パ
ネル部分からの突出部を受けるためのその中に成型され
たボスを少なくとも一個含んでいる請求項1に記載のパ
ネル。 - 【請求項11】 前記パネル部分がホットプレートボン
ディングによって互いに結合されている請求項1に記載
のパネル。 - 【請求項12】 前記パネル部分が接着剤によって互い
に結合されている請求項1に記載のパネル。 - 【請求項13】 前記パネル部分が摩擦溶接によって互
いに結合されている請求項1に記載のパネル。 - 【請求項14】 各ガセットが、各ウェブによって規定
される幾何パターンの中央領域に向かって延びている請
求項4に記載のパネル。 - 【請求項15】 二個の成型パネル部分から構成され、
各パネル部分が、スキンと、前記スキンの一表面から外
側へ全体的に垂直に延びる一体成型されたウェブとを有
する、プラスチック・パネルを製造する方法において、 第一のパネル部分を形成するため第一の金型に成型可能
コンパウンドを添加する段階と、 第二のパネル部分を形成するため第二の金型に成型可能
コンパウンドを添加する段階と、 前記第一と第二のパネル部分をそれぞれ前記第一と第二
の金型中で形成する段階と、 前記第一と第二のパネル部分をそれぞれ前記の金型から
取り出し、前記パネル部分を各パネル部分のウェブに沿
って互いに結合して前記パネルを形成する段階とを含む
方法。 - 【請求項16】 前記成型段階をタンデム成型法で実施
する請求項15に記載の方法。 - 【請求項17】 前記成型法で、パネル部分を結合する
前に半サイクルだけ異なる材令で作成する請求項16に
記載の方法。 - 【請求項18】 前記ウェブが前記スキンの二つの表面
のうち第一の表面上に幾何パターンを形成する請求項1
5に記載の方法。 - 【請求項19】 前記幾何パターンが平行四辺形である
請求項18に記載の方法。 - 【請求項20】 前記ウェブがさらに、前記スキンの前
記一表面から前記ウェブへと延びるガセットを含んでい
る請求項15に記載の方法。 - 【請求項21】 前記成型段階をスタック成型法で実施
する請求項15に記載の方法。 - 【請求項22】 前記成型段階が、二つのパネル部分の
それぞれを逐次成型する段階を含んでいる請求項15に
記載の方法。 - 【請求項23】 各パネル部分がホットプレート溶接可
能材料から構成される請求項1に記載のパネル。 - 【請求項24】 前記各パネル部分がポリエチレンから
構成される請求項1に記載のパネル。 - 【請求項25】 前記各パネル部分がポリプロピレンか
ら構成される請求項1に記載のパネル。 - 【請求項26】 前記各パネル部分がアクリロニトリル
−ブタジェン−スチレンから構成される請求項1に記載
のパネル。 - 【請求項27】 前記各パネル部分がポリカ−ボネート
から構成される請求項1に記載のパネル。 - 【請求項28】 前記各パネル部分がアクリルから構成
される請求項1に記載のパネル。 - 【請求項29】 前記各パネル部分が金属から構成され
る請求項1に記載のパネル。 - 【請求項30】 前記各成型可能コンパウンドがホット
プレート溶接可能材料である請求項15に記載の方法。 - 【請求項31】 前記各成型可能コンパウンドがポリエ
チレンである請求項15に記載の方法。 - 【請求項32】 前記各成型可能コンパウンドがポリプ
ロピレンから構成される請求項15に記載の方法。 - 【請求項33】 前記各成型可能コンパウンドがアクリ
ロニトリル−ブタジェン−スチレンから構成される請求
項15に記載の方法。 - 【請求項34】 前記各成型可能コンパウンドがポリカ
ーボネートから構成される請求項15に記載の方法。 - 【請求項35】 前記各成型可能コンパウンドがアクリ
ルから構成される請求項15に記載の方法。 - 【請求項36】 前記各成型可能コンパウンドが金属か
ら構成される請求項15に記載の方法。 - 【請求項37】 前記各成型可能コンパウンドがガス支
援を含む請求項15に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US505403 | 1995-07-21 | ||
US08/505,403 US5736221A (en) | 1995-07-21 | 1995-07-21 | Welded plastic panels and method of making same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09104081A true JPH09104081A (ja) | 1997-04-22 |
Family
ID=24010163
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8190911A Pending JPH09104081A (ja) | 1995-07-21 | 1996-07-19 | 溶接プラスチック・パネルとその製造方法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5736221A (ja) |
EP (1) | EP0754540B1 (ja) |
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