JP2008521639A - 二次元構造及び三次元構造並びに二次元構造及び三次元構造を製造する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、二次元構造、特に格子状構造、及び三次元構造、特にトラス状構造に関する。さらに、本発明は、これらの構造を安価で単純に製造する方法に関する。格子状構造はロールプレス成形プロセスによって得られることができ、このプロセスでは、所定量の材料が、第１及び第２の互いに逆回転するルールの間ニップに挿入され、材料が２つのロールの間においてプレスされる。２つの互いに逆回転するロールはそれぞれ、互いに実質的に比叡公な溝を有しており、第２のロールに設けられた溝と、第２のロールに設けられた溝とは、ロールが互いに逆回転すると、互いに交差する。トラス状構造は、ロールプレス成形プロセスによって得られることができ、このプロセスでは、２つの互いに逆回転するロールのうちの１つは、ロールの面に沿って接線方向に延びた波形の断面を有しており、前記波形の面は、交差する溝を有しており、２つの互いに逆回転するロールのうちの第２のものは、第２のロールの面に沿って接線方向に延びた、第１のロールの波形の面に対して相補的な波形の断面のみを有している。

Description

本発明は、二次元又は三次元の構造を製造する方法に関する。本発明による方法は、所定の量の可融性材料を加熱することを含み、加熱は、材料がロールプレス成形プロセスにおいて使用されるのに十分に低い粘度を有するまで行われ、所定量の材料を第１及び第２の互いに逆回転するロールの間のニップに挿入し、材料を２つのロールの間においてプレスすることを含む。

同様のプロセスが米国特許第３４７８１３８号明細書に開示されており、この明細書は、非平坦な表面輪郭を有する連続的なストリップに熱可塑性物品を形成する方法に関する。ポリマ材料は２つの互いに逆回転するロールの間においてプレスされる。２つのローラのうちの少なくとも一方は、輪郭付けられた表面を有している。

本発明は二次元構造及び三次元構造にも関する。このような構造は、様々な用途、例えば補強エレメントとして使用されることができる。特に本発明はトラス状構造に関する。

大型建築の工学はしばしばトラス構造と呼ばれるものを特徴とする。トラスは、通常は三角形のパターンで剛性の支持構造に組み立てられた短い個々のフレーム部材の工学的構造である。各部材は通常、長手方向応力のみ、引張り又は圧縮、を受ける。構造全体ははりとして作用する。

これらの構造が使用される理由は、これらの構造が重量／性能の観点から最適を提供することである。

これの例は、例えば大きなホール又はその他のビルディング構造の屋根構造のような大きなスパン及び軽量のレーシングカー及び飛行機に見られる。これらの構造は通常、個々のエレメントを様々な形式で結合することによって建築される。より小さな構造を建築する場合には、このことは実用的ではない。なぜならば、建築するための個々のエレメントが小さくなりすぎるからである。したがって、通常はモノリシック構造が適用される。中間サイズの構造を形成する別の方法は、シェル構造の使用である。シェルは、中実材料又は外側におけるシートの間のディスタンスホルダとして作用するコア材料の複合体から成る。コアは、ディスタンスホルダの機能を有するのみならず、せん断強度を提供し、複合構造に強度及び剛性を提供する。

このようなサンドイッチ構造のコアとして、通常は、発泡材料、又は予算及び技術的要求に応じて厚紙からアラミド紙までの様々な材料から形成されることができるハニカム構造が適用される。原理的に、有利にはトラス構造が適用されることができるが、要求されるサイズにおいてこのような構造を経済的に形成するために利用できる方法がないことは、このことを禁じる。

三次元サンドイッチ構造を形成する場合、現在の可能性のほとんどは極めて制限されている：ハニカム及び発泡材料に三次元形状を与えることは困難である。発泡材料の場合、例えばポリウレタンにおいて適用されるような射出成形技術を使用することができるが、これも制限を受ける。

射出成形技術を使用して小さな又は比較的薄いトラス状構造を形成することができることが知られている。この技術の欠点は、使用される型のために、構造のサイズが制限されるということである。サイクル時間は比較的長く、生産能力を制限する。型を完全に充填するために材料は所定の要求を満たす必要がある。

したがって、本発明の目的は、従来技術の欠点を克服し、大量用途において使用されることができる、競争的価格のための、二次元構造特に格子状構造及び三次元構造特にトラス状構造を提供することである。本発明の別の目的は、安価かつ単純にこれらの構造を製造する方法を提供することである。

驚くべきことに、二次元構造特に格子状構造を提供するための目的は、所定量の可融性材料を加熱するステップを含み、加熱が、２つのロールの間において材料をプレスする第１及び第２の互いに逆回転するロールの間のニップに所定量の材料を挿入するロールプレス成形プロセスにおいて使用されるのに十分に低い粘度を材料が有するまで行われる方法において、２つの互いに逆回転するロールが、互いに対して実質的に平行な溝を有しており、前記溝がロール中心軸線に対して垂直なロール円周方向に対して０〜９０゜の角度で配置されており、ロールが逆回転する場合に第１及び第２のロールにおける溝が互いに交差することを特徴とする方法によって達成されることができる。第１及び第２のロールの表面は最終製品に対して相補的である。

２つの互いに逆回転するロールは部分的に冷却液体に浸漬されていると有利であり、より好適には、２つの互いに逆回転するロールは半分だけ水に浸漬されている。

２つの互いに逆回転するロールを冷却液体に浸漬する利点は、プレスされた材料が互いに逆回転するロールから出た直後のこの材料の極めて効率的な冷却である。したがって、互いに逆回転するロールから出た後に依然として粘性であるプレスされた材料は、プレスの後即座に固化される。したがって、材料のさらなる変形を回避することができる。さらに、材料がプレスされるロールの表面が湿っているので、材料はロールから極めて容易に解離する。このプロセスは、前記構造を連続的に大量生産することができる一工程プロセスである。

好適な実施形態において、溝の間の距離は実質的に一定であり、溝は実質的に直線的に延びている。しかしながら、正弦曲線状の溝がロール上にフライス削りされることが可能である。溝の形状は、三角形、矩形、台形又は曲線状であることができる。前記溝は必ずしも一定の断面又は深さを有しているわけではなく、溝の形状及び／又は深さは様々に異なることができることが指摘されるべきである。

溝は、ロールの円周、すなわちロールの中心軸線に対して垂直な接線方向に対して０〜９０゜の角度で配置されている。第１及び第２のロールにおける溝は、ロールが互いに逆回転すると、互いに交差する。このようなプロセスは、互いに上下に位置した、交差していて、交差個所において結合された、平行な部材の２つの層を含む格子状の構造を生ぜしめる。平行な部材の２つの層によって取り囲まれる領域は、第１及び第２のロールにおける前記角度の合計が９０゜である場合、例えば第１のロールが円周方向に対して平行な溝を有しており（０゜）、第２のロールが円周方向に対して９０゜の角度で溝を有している場合、又は第１のロールが円周方向に対して２０゜の角度で溝を有しており、第２のロールが円周方向に対して７０゜の角度で溝を有している場合に、矩形である。前記領域は、構造の長手方向で比較した位置に関してのみ異なる。角度の合計が９０゜未満である場合には、格子状構造における開口は菱形である。

もちろん、一方のロールのみに、格子状に互いに交差した溝を設け、他方のロールをいかなる表面輪郭をも備えない円筒状にすることも可能である。これによって格子が形成されるが、この格子は２つの層から成っていない。

本発明の方法は、インプットにおいて、形状、色、融解粘度及び／又は不純物の観点から異なる様々な材料を受け入れる。２つの互いに逆回転する輪郭付けられたロールの間においてプレスされるべき材料は、合金、好適にはアルミニウム合金を含む。

しかしながら、２つの互いに逆回転する輪郭付けられたロールの間においてプレスされる材料がポリマ材料であることも好適である。ポリマ材料は１つ又は２つ以上のポリマタイプの組成物であることができる。

基本的に、押出機から流出するように加熱されることができるならば、全ての種類のポリマ材料を使用することができる。繊維補強ポリマ材料を使用することも可能である。プロセスに導入されるポリマのタイプは好適には、ポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン及び／又はこれらの混合物を含むグループから選択される。

好適な実施形態において、２つの互いに逆回転するロールの間においてプレスされる材料は、１０質量％〜１００質量％の廃棄ポリマ又はリサイクルポリマの全量を含む。廃棄又はリサイクルされたポリマの使用は製造コストを低減することができる。

本発明はさらに、前記方法を使用して製造されることを特徴とする、互いに上下に位置し、交差していて、交差個所において結合された、平行な部材の２つの層を含む格子状構造に関する。

驚くべきことに、三次元構造、特にトラス状構造を提供するという本発明の目的は、所定量の可融性材料を加熱するステップを含み、加熱が、２つのロールの間において材料をプレスする第１及び第２の互いに逆回転するロールの間のニップに所定量の材料を挿入するロールプレス成形プロセスにおいて使用されるように十分に低い粘度を有するまで加熱が行われる方法において、２つの互いに逆回転するロールのうちの一方が、ロールの表面に沿って接線方向にかつロール軸線に対して垂直に延びた波形の断面を有しており、前記波形の面が、交差する溝を有しており、２つの互いに逆回転するロールのうちの第２のロールが、第２のロールの表面に沿って接線方向にかつロール軸線に対して垂直に延びた、第１のロールの波形面に対して相補的な波形断面のみを有することを特徴とする方法によって達成されることができることも分かった。

二次元構造を製造するための方法と同様に、２つの互いに逆回転するロールが部分的に冷却液に浸漬されており、より好適には２つの互いに逆回転するロールが半分だけ水中に浸漬されていることが好適である。

２つの互いに逆回転するロールを冷却液中に浸漬する利点は、冷却なしに依然として粘性のプレスされた材料の極めて効率的な冷却である。したがって、プレスされた材料は、逆回転するロールから出た後即座に固化される。したがって、材料のさらなる変形を回避することができる。さらに、材料がプレスされるロールの表面が湿らされているので材料はロールから極めて容易に解離する。プロセスは連続的に前記構造の大量生産を許容する一工程プロセスである。

２つの波形の互いに逆回転するローラのうちの一方に配置された溝は、１０゜〜９０゜の角度で交差しており、これにより、ロールの波形の表面上に矩形又は菱形の格子を形成している。

付加的な溝が、２つの互いに逆回転するロールのうちの、溝を有するロールの波形の面の上縁及び下縁に沿って配置されることができる。このような方法によって提供される構造は、サンドイッチ状の物品を形成するように上層又は下層に結合されるまでもなく、既に高い曲げ剛性及び１つの方向における高い安定性を有している。

２つのロールのうちの一方のみならず、２つの互いに逆回転するロールの両方が溝を有することができ、各ロールにおける溝は交差し、両ロール上に矩形又は菱形の格子を形成している。ロールは、両ロール上の矩形又は菱形の格子が一致又は交差するように作動させられることができる。

正弦波状の溝がロール上にフライス削りされることも可能である。溝の形状は、三角形、矩形、台形又は曲線状であることができる。前記溝は、必ずしも一定の横断面又は一定の深さを有しているわけではなく、様々な形状及び／又は深さを有することができることが指摘される。

２つの互いに逆回転するロールの間においてプレスされる材料は、合金、特にアルミニウム合金であることができる。

しかしながら、２つの互いに逆回転する輪郭付けられたロールの間においてプレスされる材料はポリマ材料であり、このポリマ材料が１つ又は２つ以上のポリマタイプの組成物であることは好適である。基本的に、押出機から流出するように加熱されることができるならば、全ての種類のポリマ材料を使用することができる。繊維強化熱可塑性材料を使用することも可能である。プロセスに導入されるポリマのタイプは好適には、ポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン及び／又はこれらの混合物を含むグループから選択されている。より好適には、２つの互いに逆回転するロールの間においてプレスされる材料は、１０質量％〜１００質量％の廃棄ポリマ又はリサイクルされたポリマの全体的な量を含む。

本発明による方法は例えばトラス状構造を提供し、このトラス状構造では、４つのバーが、溝の上部及び底部において交差し、ピラミッド状構造を形成している。バーの形状は波形のロールにおける溝によって決定される。

したがって、本発明は、波形の格子を含むトラス状構造にも関し、構造が１つの片に形成され、構造の部材が結合される必要がないことを特徴とする。この構造は連続的なプロセスにおいて製造されるので、長さが無限でもある。

トラス状構造の利点のうちの１つは、トラス状構造が外皮の三次元形状に適応するように容易に形成されることができるということであり、この外皮に、トラス状構造が外皮に接着された後に剛性を与える。バーの間の結合個所のジオメトリは、本発明によるトラス状構造の柔軟性の調整を許容する。極めて少ない材料のみが結合個所を形成するように溝を切断することによって、極めてフレキシブルな構造が得られることができる。構造が上層及び下層に結合されると、このことはサンドイッチ状構造に剛性を提供する。したがって、この剛性はバーの間の結合に依存しない。この場合、成形性が極めて制限されたハニカム構造及び発泡材と比較すると大きな利点が存在する。

格子状構造と同様に、トラス状構造は合金又はアルミニウム合金から成ることができる。しかしながら、トラス状構造は、１つ又は２つ以上のポリマタイプの組成物であることができるポリマ材料から成ることも好適である。ポリマ材料は繊維強化ポリマ材料を含むことができる。より好適には、トラス状構造は、１０質量％〜１００質量％の廃棄ポリマ又はリサイクルされたポリマの全量を含む。

本発明は、本発明による方法によって製造されることを特徴とする、１つの片に形成された、長さが無限の、トラス状構造、すなわち波形の格子、又は規則的な溝を含む格子をも含む。

ここで説明された構造は、様々な用途、例えば１つ又は２つ以上のフィルタファブリックに結合された排水マットとして又は冷却塔又は湿式スクラバーにおける質量交換媒体としての補強構造のために有効である。トラス状又は格子状構造は特に、２つ又は３つ以上の層を含みかつそのうちの１つが本発明による前記トラス状又は格子状の構造である、サンドイッチ状の物品のために有効である。

ここに説明された全ての方法は共通して１つのことを含む。二次元又は三次元の構造によって取り囲まれた領域は、全体的に又は部分的に、プレスされた材料のフィルムによってカバーされることができる。開放した構造を得るためにこの残留物を除去することは、構造を迅速に冷却し、構造から脆性フィルムをブラストすることによって行われることができる。ブラストは、残留材料をサンドブラストすることによって、又は構造が形成されたのと同じ材料の粒子をフィルムにブラストすることによって行われることができる。このフィルムを除去するその他の方法は、打抜き、切断、又は高温の空気流でフィルムを加熱し、次いでフィルムを吹き出させることである。

本発明はさらに、図１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、図２ａ、２ｂ、図３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ及び図４ａ、４ｂによって示されている。本発明は図示された実施形態に限定されることはない。

図１ａ、１ｂ及び１ｃは、本発明による二層格子状構造を様々な図で示している。図１ａは上方から見た図、図１ｂは側方から見た図、図１ｃは端面側から見た図、図１ｄは構造の斜視図である。

図２ａ及び図２ｂは、格子状構造を製造するための方法において使用される、互いに対して実質的に平行な溝を含む、２つの互いに逆回転するロールの好適な実施形態を示している。溝の間の距離は実質的に一定であり、溝は実質的に直線状に延びている。図２ａは上方から見た図であり、図２ｂは２つのロールの斜視図である。

図３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄは、本発明によるトラス構造を様々な図で示している。図３ａは上方から見た図、図３ｂは側方から見た図、図３ｃは端面側から見た図、図３ｄは構造の斜視図である。

図４ａ及び４ｂは、トラス状構造を製造するために使用される２つの互いに逆回転するロールの好適な実施形態を示している。２つの互いに逆回転するロールのうちの一方のロール２は、ロールの表面に沿って接線方向に、ロール軸線に対して垂直に延びた、波形の断面を有しており、前記波形の面は、交差する溝を有している。２つのロールのうちの他方のロール１は、第２のロールの表面に沿って接線方向に、ロール軸線に対して垂直に延びた、第１のロールの波形の面に対して相補的な波形の断面のみを有している。２つの波形のロールのうちの一方のロール２は、ロールの波形の表面に菱形の格子を形成した溝を有しており、他方のロール１は、上述のように波形の表面に溝を備えない波形の表面を有している。図４ａは、２つの波形の逆回転するロールの上方から見た概略図であり、図４ｂは２つのロールの斜視図である。

本発明による二層格子構造を様々な図で示している。図１ａは上方から見た図、図１ｂは側方から見た図、図１ｃは端面側から見た図、図１ｄは構造の斜視図である。 格子状構造を製造するための方法において使用される、互いに対して実質的に平行な溝を含む、２つの逆回転するロールの好適な実施形態を示している。溝の間の距離は実質的に一定であり、溝は実質的に直線状に延びている。図２ａは上方から見た図であり、図２ｂは２つのロールの斜視図である。 本発明によるトラス構造を様々な図で示しており、図３ａは上方から見た図、図３ｂは側方から見た図、図３ｃは端面側から見た図、図３ｄは構造の斜視図である。 トラス状構造を製造するために使用される２つの逆回転するロールの好適な実施形態を示している。

符号の説明

１，２ ロール

Claims (24)

1. 格子状構造を製造する方法であって、
   所定量の材料を加熱し、加熱が、材料がロールプレス成形プロセスにおいて使用されるように十分に低い粘度を有するまで行われ、前記所定量の材料を、２つの互いに逆回転するロールの間のニップに挿入し、材料を２つのロールの間においてプレスする方法において、
   ２つの互いに逆回転するロールがそれぞれ、互いに実質的に平行な溝を有しており、該溝が、ロール中心軸線に対して垂直なロール円周方向に対して０゜〜９０゜の角度で配置されており、第１のロールに設けられた溝と、第２のロールに設けられた溝とが、ロールが互いに逆回転すると、互いに交差することを特徴とする、格子状構造を製造する方法。
2. ２つの互いに逆回転するロールが部分的に冷却液に浸漬されている、請求項１記載の方法。
3. ２つの互いに逆回転する輪郭付けられたロールの間においてプレスされる材料が、合金を含む、請求項１又は２記載の方法。
4. ２つの互いに逆回転する輪郭付けられたロールの間においてプレスされる材料が、アルミニウム合金を含む、請求項３記載の方法。
5. ２つの互いに逆回転する輪郭付けられたロールの間においてプレスされる材料が、ポリマ材料を含み、該ポリマ材料が、１つ又は２つ以上のポリマタイプの組成物である、請求項１又は２記載の方法。
6. ポリマ材料の組成物が、１０質量％〜１００質量％の廃棄ポリマ又はリサイクルされたポリマの全量を含んでいる、請求項５記載の方法。
7. 請求項１から６までのいずれか１項記載の方法によって得られる格子状構造。
8. トラス状構造を製造する方法であって、
   所定量の材料を加熱し、加熱が、材料がロールプレス成形プロセスにおいて使用されるのに十分に低い粘度を有するまで行われ、所定量の材料を、２つの互いに逆回転するロールの間のニップに挿入し、材料を２つのロールの間においてプレスする方法において、
   ２つの互いに逆回転するローラのうちの一方が、ロールの表面に沿って接線方向にかつロール軸線に対して垂直に延びた波形の断面を有しており、前記波形の表面が、交差する溝を含んでおり、２つの互いに逆回転するロールのうちの第２のロールが、第２のロールの表面に沿って接線方向にかつロール軸線に対して垂直に延びていて第１のロールの波形の表面に対して相補的な波形の断面のみを有していることを特徴とする、トラス状構造を製造する方法。
9. ２つの互いに逆回転するロールが部分的に冷却液に浸漬されている、請求項８記載の方法。
10. ２つの互いに逆回転するロールのうちの第１のロールに設けられた溝が、１０゜〜９０゜の角度で交差しており、これにより、ロールの波形の表面に矩形又は菱形の格子を形成している、請求項８又は９記載のトラス状構造を製造する方法。
11. 付加的な溝が、２つの互いに逆回転するロールのうちの第１のロールの波形の表面の上縁及び下縁に沿って配置されている、請求項８から１０までのいずれか１項記載のトラス状構造を製造する方法。
12. 第１及び第２のロールが、ロールの表面に沿って接線方向に延びた波形の断面を有しており、２つの互いに逆回転するロールのうちの第１のロールに設けられた前記波形の表面が溝を有しており、２つの互いに逆回転するロールのうちの第２のロールに設けられた前記波形の表面も溝を有している、請求項８から１１までのいずれか１項記載のトラス状構造を製造する方法。
13. ２つの互いに逆回転する輪郭付けられたロールが、合金から成る、請求項８から１２までのいずれか１項記載の方法。
14. ２つの互いに逆回転する輪郭付けられたロールが、アルミニウム合金から成る、請求項８から１３までのいずれか１項記載の方法。
15. ２つの互いに逆回転する輪郭付けられたロールの間においてプレスされる材料がポリマ材料であり、ポリマ材料が、１つ又は２つ以上のポリマタイプの組成物である、請求項８から１２までのいずれか１項記載の方法。
16. ポリマ材料の組成物が、１０質量％〜１００質量％の廃棄ポリマ又はリサイクルされたポリマの全量を含んでいる、請求項１５記載の方法。
17. １つの片に形成されておりかつ長さが無限であることを特徴とする、波形の格子を含むトラス状構造。
18. 合金から成る、請求項１７記載のトラス状構造。
19. アルミニウム合金から成る、請求項１７記載のトラス状構造。
20. ポリマ材料から成り、該ポリマ材料が、１つ又は２つ以上のポリマタイプの組成物である、請求項１７記載のトラス状構造。
21. ポリマ材料の組成物が、１０質量％〜１００質量％の廃棄ポリマ又はリサイクルされたポリマの全量を含んでいる、請求項２０記載のトラス状構造。
22. 請求項１２記載の方法を用いて製造される、請求項１７から２１までのいずれか１項記載のトラス状構造。
23. ２つ以上の層を含み、該層のうちの１つが、請求項１７から２２までのいずれか１項記載のトラス状構造であることを特徴とする、サンドイッチ状物品。
24. ２つ以上の層を含み、該層のうちの１つが、請求項７記載の格子状構造であることを特徴とする、サンドイッチ状物品。

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