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JP2014043011A - 発泡樹脂金属積層板の製造方法および製造装置 - Google Patents

発泡樹脂金属積層板の製造方法および製造装置 Download PDF

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Abstract

【課題】熱ひずみによる波打ち現象を抑制することができるようにする。
【解決手段】加熱炉１１で加熱された発泡樹脂金属積層板１を室温まで冷却する際に、均熱槽２１において発泡樹脂金属積層板１を一旦均熱温度に保持して、発泡樹脂シートの温度を発泡樹脂金属積層板１の全面にわたって均一にした後に、室温冷却部２２において室温まで冷却する。
【選択図】図２

Description

本発明は、発泡樹脂シートの両面に金属板が積層された発泡樹脂金属積層板の製造方法および製造装置に関する。
特許文献１に開示されているように、未発泡状態の発泡性樹脂シートの両面に金属板を積層した発泡性樹脂金属積層板を加熱して、発泡性樹脂シートを発泡させることで、発泡性樹脂シートが発泡した発泡樹脂シートの両面に金属板が積層された発泡樹脂金属積層板となる。
発泡性樹脂金属積層板は、冷間でのプレス成形が可能である。発泡性樹脂金属積層板を所望の３次元曲面形状に成形した後に、乾燥炉などを用いて加熱して、発泡性樹脂シートを発泡させ、２枚の金属板の間隔を増加させることで、同じ板厚の単一材からなる金属板よりも曲げ剛性が大きくて軽量な発泡樹脂金属積層板を得ることができる。
特開２００９−２７９９２２号公報
ところで、プレス成形により深い絞り形状の成形品とすることで幾何剛性を高くする場合にはあまり問題とならないが、平坦なままの発泡樹脂金属積層板や、比較的平坦な滑らかな曲面をもつ発泡樹脂金属積層板を得る場合においては、加熱発泡後の冷却時に発生する面内の熱収縮ひずみが大きく、波打ち現象が発生して平坦な成形品を得ることができない、という問題がある。
これは、次のようなメカニズムで発生するものと考えられる。例えば、融点が１６０℃で発泡温度が２１０℃である、ポリプロピレンからなる未発泡状態の発泡性樹脂シートの両面にアルミニウム板が積層された矩形の発泡性樹脂金属積層板が、室温（２０℃）から乾燥炉（２１０℃×約１７分）による加熱発泡工程を経て室温まで冷却されるといった熱履歴を受けることを考える。ここで、表面板はアルミニウムであり、遠赤外線加熱方式では熱線が反射されてアルミニウム板を加熱できないので、熱風循環式加熱炉を用いることとする。加熱時、矩形の発泡性樹脂シートにおいて、外部に露出している周辺部には直接熱風が当たるが、中央部では一旦アルミニウム板が加熱されてから発泡性樹脂シートが加熱されるので、熱風が直接当たる周辺部の方が中央部に比べて発泡性樹脂シートの温度上昇速度が速い。そのため、加熱炉内の同時刻における平板面内の温度分布にバラツキが生じるが、十分な加熱時間（例えば約１７分）を確保すれば、発泡性樹脂シートの発泡倍率を発泡性樹脂金属積層板の全面にわたって均一にすることができる。なお、発泡性樹脂シートが発泡した発泡樹脂シートは粘性のある溶融状態となっており、発泡樹脂シートのヤング率はアルミニウムに比べて極めて低いので、アルミニウム板が平坦であれば発泡樹脂金属積層板も平坦なままで形状が維持される。
その後、加熱炉から出た発泡樹脂金属積層板は室温まで冷却される。このとき、矩形の発泡樹脂シートは気泡を多く含んでおり熱伝導率が低いため、中央部においては、熱は面内を伝導するよりも表面のアルミニウム板を介してのみ周囲に散逸されるが、外部に露出している周辺部においては、熱は直接空気に散逸される。したがって、発泡樹脂シートの周辺部の温度は中央部よりも速く低下して、融点以下となり固体になる。また、発泡樹脂シートは蓄熱体でもあるため、中央部のアルミニウム板の温度はなかなか下がらないのに対して、発泡樹脂シートの周辺部は固まりアルミニウム板の温度も下がっているために、周辺部と中央部とでアルミニウム板の熱ひずみが大きく異なる。その結果、発泡樹脂金属積層板の全体に波打ち現象が発生する。
本発明の目的は、熱ひずみによる波打ち現象を抑制することが可能な発泡樹脂金属積層板の製造方法および製造装置を提供することである。
本発明における発泡樹脂金属積層板の製造方法は、未発泡状態の発泡性樹脂シートの両面に金属板を積層して発泡性樹脂金属積層板を形成する積層工程と、前記発泡性樹脂金属積層板を加熱して前記発泡性樹脂シートを発泡させることで、発泡樹脂金属積層板とする加熱工程と、前記発泡樹脂金属積層板を室温まで冷却する冷却工程と、を有し、前記冷却工程は、前記発泡性樹脂シートの発泡温度よりも低くて前記室温よりも高い均熱温度まで前記発泡樹脂金属積層板を冷却して、前記発泡樹脂金属積層板を前記均熱温度に保持する均熱工程と、前記均熱工程の後に、前記発泡樹脂金属積層板を前記室温まで冷却する室温冷却工程と、を有することを特徴とする。
上記の構成によれば、発泡樹脂金属積層板を室温まで冷却する際に、一旦均熱温度まで冷却して均熱温度に保持した後に、室温まで冷却する。このように、発泡樹脂金属積層板を一旦均熱温度に保持して、発泡性樹脂シートが発泡した発泡樹脂シートの温度を発泡樹脂金属積層板の全面にわたって均一にした後に、室温まで冷却することで、発泡樹脂シートの冷却速度のバラツキを抑えることができる。これにより、発泡樹脂シートの冷却速度のバラツキに起因する熱ひずみによる波打ち現象を抑制することができる。
また、本発明における発泡樹脂金属積層板の製造方法においては、前記発泡性樹脂シートの発泡樹脂の融点をＴｍとしたときに、前記均熱温度を、Ｔｍ以上１．３Ｔｍ以下の範囲内に設定してよい。上記の構成によれば、発泡性樹脂シートの発泡樹脂の融点をＴｍとしたときに、均熱温度を、Ｔｍ以上１．３Ｔｍ以下の範囲内に設定することで、発泡樹脂金属積層板を均熱温度に保持する均熱工程において、発泡樹脂金属積層板の全面にわたって発泡樹脂シートが溶融した状態に保持することができる。これにより、均熱工程から室温冷却工程に移行した際に、発泡樹脂シートが凝固し始めるタイミングを発泡樹脂金属積層板の全面にわたって同じにすることができるから、発泡樹脂シートの冷却速度のバラツキを一層抑えることができる。なお、冷却により発泡樹脂シートは液相から固相に相転移するので、この観点からいえば、ここでいう融点は厳密には凝固点である。ヒステリシスがなければ融点は凝固点と一致する。
また、本発明における発泡樹脂金属積層板の製造方法において、前記冷却工程は、前記均熱工程と前記室温冷却工程との間に、前記均熱温度よりも低くて前記室温よりも高い第２均熱温度まで前記発泡樹脂金属積層板を冷却して、前記発泡樹脂金属積層板を前記第２均熱温度に保持する第２均熱工程を更に有していてよい。上記の構成によれば、発泡樹脂金属積層板を均熱温度に保持して、発泡樹脂金属積層板の全面にわたって発泡樹脂シートの温度を均一にした後に、さらに、発泡樹脂金属積層板を第２均熱温度に保持して、発泡樹脂金属積層板の全面にわたって発泡樹脂シートの温度を均一にすることで、発泡樹脂シートの冷却速度のバラツキを一層抑えることができる。
また、本発明における発泡樹脂金属積層板の製造方法においては、前記第２均熱工程を、前回よりも前記第２均熱温度を下げて複数回行ってよい。上記の構成によれば、発泡樹脂金属積層板を一旦第２均熱温度に保持して、発泡樹脂金属積層板の全面にわたって発泡樹脂シートの温度を均一にすることを、前回よりも第２均熱温度を下げて複数回行って、発泡樹脂シートの温度を段階的に下げていくことで、発泡樹脂シートの冷却速度のバラツキを一層抑えることができる。
また、本発明における発泡樹脂金属積層板の製造方法において、前記発泡性樹脂シートがポリプロピレンからなり、前記金属板がアルミニウムからなってよい。上記の構成によれば、ポリプロピレンからなる発泡性樹脂シートとすることで、均一な発泡性を得ることができる。また、アルミニウムからなる金属板とすることで、発泡樹脂金属積層板の剛性および軽量性を高めることができる。
また、本発明における発泡樹脂金属積層板の製造装置は、未発泡状態の発泡性樹脂シートの両面に金属板を積層した発泡性樹脂金属積層板を加熱して前記発泡性樹脂シートを発泡させることで、発泡樹脂金属積層板とする加熱部と、前記発泡樹脂金属積層板を室温まで冷却する冷却部と、を有し、前記冷却部は、前記発泡性樹脂シートの発泡温度よりも低くて前記室温よりも高い均熱温度まで前記発泡樹脂金属積層板を冷却して、前記発泡樹脂金属積層板を前記均熱温度に保持する均熱部と、前記均熱部の下流側に設けられ、前記発泡樹脂金属積層板を前記室温まで冷却する室温冷却部と、を有することを特徴とする。
上記の構成によれば、発泡樹脂金属積層板を室温まで冷却する際に、一旦均熱温度まで冷却して均熱温度に保持した後に、室温まで冷却する。このように、発泡樹脂金属積層板を一旦均熱温度に保持して、発泡性樹脂シートが発泡した発泡樹脂シートの温度を発泡樹脂金属積層板の全面にわたって均一にした後に、室温まで冷却することで、発泡樹脂シートの冷却速度のバラツキを抑えることができる。これにより、発泡樹脂シートの冷却速度のバラツキに起因する熱ひずみによる波打ち現象を抑制することができる。
また、本発明における発泡樹脂金属積層板の製造装置においては、前記発泡性樹脂シートの発泡樹脂の融点をＴｍとしたときに、前記均熱温度が、Ｔｍ以上１．３Ｔｍ以下の範囲内に設定されていてよい。上記の構成によれば、発泡性樹脂シートの発泡樹脂の融点をＴｍとしたときに、均熱温度を、Ｔｍ以上１．３Ｔｍ以下の範囲内に設定することで、発泡樹脂金属積層板を均熱温度に保持する均熱部において、発泡樹脂金属積層板の全面にわたって発泡樹脂シートが溶融した状態に保持することができる。これにより、均熱部から室温冷却部に移行した際に、発泡樹脂シートが凝固し始めるタイミングを発泡樹脂金属積層板の全面にわたって同じにすることができるから、発泡樹脂シートの冷却速度のバラツキを一層抑えることができる。
また、本発明における発泡樹脂金属積層板の製造装置において、前記冷却部は、前記均熱部と前記室温冷却部との間に、前記均熱温度よりも低くて前記室温よりも高い第２均熱温度まで前記発泡樹脂金属積層板を冷却して、前記発泡樹脂金属積層板を前記第２均熱温度に保持する第２均熱部を更に有していてよい。上記の構成によれば、発泡樹脂金属積層板を均熱温度に保持して、発泡樹脂金属積層板の全面にわたって発泡樹脂シートの温度を均一にした後に、さらに、発泡樹脂金属積層板を第２均熱温度に保持して、発泡樹脂金属積層板の全面にわたって発泡樹脂シートの温度を均一にすることで、発泡樹脂シートの冷却速度のバラツキを一層抑えることができる。
また、本発明における発泡樹脂金属積層板の製造装置において、前記第２均熱部は、前記第２均熱温度が順に低くなるように２以上連続して設けられていてよい。上記の構成によれば、発泡樹脂金属積層板を一旦第２均熱温度に保持して、発泡樹脂金属積層板の全面にわたって発泡樹脂シートの温度を均一にすることを、第２均熱温度を下げながら複数回行って、発泡樹脂シートの温度を段階的に下げていくことで、発泡樹脂シートの冷却速度のバラツキを一層抑えることができる。
また、本発明における発泡樹脂金属積層板の製造装置において、前記発泡性樹脂シートがポリプロピレンからなり、前記金属板がアルミニウムからなってよい。上記の構成によれば、ポリプロピレンからなる発泡性樹脂シートとすることで、均一な発泡性を得ることができる。また、アルミニウムからなる金属板とすることで、発泡樹脂金属積層板の剛性および軽量性を高めることができる。
また、本発明における発泡樹脂金属積層板の製造装置において、前記均熱部が、熱風循環式加熱炉であってよい。上記の構成によれば、均熱部を熱風循環式加熱炉とすることで、遠赤外線加熱方式では熱線が反射されて上手く加熱できない金属であっても、好適に加熱することができる。
本発明の発泡樹脂金属積層板の製造方法および製造装置によると、発泡樹脂金属積層板を一旦均熱温度に保持して、発泡性樹脂シートが発泡した発泡樹脂シートの温度を発泡樹脂金属積層板の全面にわたって均一にした後に、室温まで冷却することで、発泡樹脂シートの冷却速度のバラツキを抑えることができる。これにより、発泡樹脂シートの冷却速度のバラツキに起因する熱ひずみによる波打ち現象を抑制することができる。
発泡樹脂金属積層板の部分斜視図である。 製造装置の模式図である。 温度変化を示す模式図である。 解析モデルを示す図である。 解析モデルを示す図である。 平板の中心部に設けた代表点におけるアルミニウム板表面および発泡樹脂シート中央部の温度変化を計算した結果を示す図である。 平板の周辺部に設けた代表点におけるアルミニウム板表面および発泡樹脂シート中央部の温度変化を計算した結果を示す図である。 平板の中心部と周辺部との温度差の時間変化を示す図である。 アルミニウム板に生じる最大弾性主ひずみの解析結果を示す図である。 アルミニウム板に生じる最小弾性主ひずみの解析結果を示す図である。 製造装置の模式図である。
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明に係る発泡樹脂金属積層板の製造方法で得られる発泡樹脂金属積層板は、例えば、新幹線、飛行機などの本体を構成する構造体の材料として用いられる。また、この発泡樹脂金属積層板は、建築物の床、壁、天井などの材料としても広く利用することができるものである。
［第１実施形態］
（発泡樹脂金属積層板の構成）
本発明の第１実施形態による発泡樹脂金属積層板の製造方法により製造される発泡樹脂金属積層板１は、図１（ａ）に示すように、発泡状態の発泡樹脂シート４ａと、この発泡樹脂シート４ａの両面に積層された２枚のアルミニウム板２とからなる。この発泡樹脂金属積層板１は、図１（ｂ）に示す発泡性樹脂金属積層板１ａを加熱して未発泡状態の発泡性樹脂シート４ｂを発泡させることで形成される。ここで、発泡性樹脂金属積層板１ａは、未発泡状態の発泡性樹脂シート４ｂと、この発泡性樹脂シート４ｂの両面に積層された２枚のアルミニウム板２とからなる。
発泡樹脂金属積層板１における発泡樹脂シート４ａは、個々に独立した気泡（独立気泡）を多数備えている。そのため、発泡樹脂金属積層板１は、同じ板厚のアルミニウム単一材からなるアルミニウム板よりも曲げ剛性が大きくて軽量である。ここで、発泡性樹脂金属積層板１ａを所望の形状にプレス加工した後に、発泡性樹脂シート４ｂを発泡させて発泡樹脂金属積層板１にするのと、予め発泡させた発泡樹脂シートの両面にアルミニウム板を積層して積層板とした後に、この積層板をプレス加工して所望の形状にするのとでは、得られる剛性が大きく異なる。即ち、後者の場合、発泡済みの発泡樹脂シートに対してプレス加工を行うので、発泡樹脂シートが備えていた多数の独立気泡はほとんど潰れて隣の気泡と連通してしまい、剛性が低下する。これに対して、前者の場合、プレス加工の後に発泡性樹脂シート４ｂを発泡させるので、多数の独立気泡を得ることができて、剛性が大きくなる。
なお、発泡樹脂金属積層板１は、発泡樹脂シート４ａと、発泡樹脂シート４ａの両面に積層された２つの金属板（アルミニウム板）２とからなるが、このような形態に限られることはなく、発泡樹脂シート４ａと金属板２との間に発泡しない樹脂シートをさらに配置してもよいし、並列配置した３つの金属板２の間に２つの発泡樹脂シート４ａを配置してもよい。すなわち、発泡樹脂金属積層板は、少なくとも１つの発泡樹脂シートと、この発泡樹脂シートの両面に積層された少なくとも２枚の金属板とからなるものであればよい。
発泡性樹脂シート４ｂは、マトリックス樹脂と発泡剤とを有している。マトリックス樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂などがある。ポリオレフィン系樹脂としては、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ＥＰＲ、ＥＰＤＭなどがある。ポリスチレン系樹脂としては、ポリスチレン樹脂、熱可塑性エラストマー、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂などがある。これらの樹脂は熱可塑性樹脂であり加熱により軟化し可塑性が高くなる性質がある。
発泡剤としては、有機発泡剤、無機発泡剤がある。有機発泡剤としては、アゾ化合物、ニトロソ化合物、スルホニルヒドラジド化合物などがあり、具体的には、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、アゾジカルボン酸バリウム、アゾビスイソブチロニトリル、Ｎ，Ｎ’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン、ｐ−トルエンスルホニルヒドラジド、ｐ、ｐ’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）などが挙げられる。無機発泡剤としては、炭酸水素ナトリウム、炭酸亜鉛、熱膨張性マイクロカプセルなどがある。なお、発泡剤は、その発泡温度（分解温度）が、マトリックス樹脂の融点よりも２０℃程度高い温度となるものを選択する必要がある。また、１種の発泡剤を単独で使用してもよく、２種以上の発泡剤を組み合わせて使用してもよい。
金属板２は、アルミニウム板２に限定されることはなく、アルミニウム合金板、ステンレス板、めっき鋼板などの金属板であってもよい。
発泡性樹脂シート４ｂとアルミニウム板２とは接着剤を用いて接着させてもよいし、発泡性樹脂シート４ｂの発泡温度よりも低温で溶着させてもよい。
（発泡樹脂金属積層板の製造装置）
本実施形態の発泡樹脂金属積層板の製造装置（製造装置）１０は、図２（ａ）に示すように、加熱炉（加熱部）１１と冷却部１２とを有している。以下、製造方法に沿って説明する。
（積層工程）
まず、未発泡状態の発泡性樹脂シート４ｂの両面にアルミニウム板２を積層して発泡性樹脂金属積層板１ａを形成する。具体的には、発泡性樹脂シート４ｂの両面にアルミニウム板２を接着して発泡性樹脂金属積層板１ａとする。そして、これをコンベア１３上に載置する。
なお、本実施形態の発泡性樹脂金属積層板１ａは、厚さ０．９ｍｍの発泡性樹脂シート４ｂの両面に、厚さ０．１５ｍｍのアルミニウム板２を接着したものである。本実施形態の発泡性樹脂シート４ｂは、マトリックス樹脂にポリプロピレン樹脂を用い、発泡剤（熱分解温度１９５℃）を添加混練したものを用いている。加熱発泡後の発泡樹脂シート４ａの最終厚さは２．７ｍｍ（発泡前の３倍の厚さ）となるように設計されている。
（加熱工程）
次に、加熱炉１１内に発泡性樹脂金属積層板１ａを搬送し、発泡性樹脂金属積層板１ａを加熱する。加熱炉１１は、遠赤外線加熱方式の熱線を反射するアルミニウム板２を加熱することが可能な熱風循環式加熱炉である。加熱炉１１における加熱温度は、発泡性樹脂シート４ｂの発泡温度である２１０℃よりも高い２３０℃である。加熱により発泡性樹脂シート４ｂは発泡して発泡樹脂シート４ａとなる。これにより、発泡性樹脂金属積層板１ａは発泡樹脂金属積層板１となる。
ここで、矩形の発泡性樹脂金属積層板１ａにおいて、熱風が直接当たる周辺部の方が中央部に比べて発泡性樹脂シート４ｂの温度上昇速度が速いが、十分な加熱時間を確保することで、発泡性樹脂シート４ｂの発泡倍率を発泡性樹脂金属積層板１ａの全面にわたって均一にすることができる。
（冷却工程）
次に、冷却部１２に発泡樹脂金属積層板１を搬送し、発泡樹脂金属積層板１を室温（２０℃）まで冷却する。ここで、冷却部１２は、加熱炉１１に連続する均熱槽（均熱部）２１と、大気中に露出した室温冷却部２２とを有している。
均熱槽２１は、熱風循環式加熱炉であって、内部温度が、発泡性樹脂シート４ｂの発泡温度（２１０℃）よりも低くて室温（２０℃）よりも高い均熱温度に保たれている。均熱槽２１内に搬送された発泡樹脂金属積層板１は、均熱温度まで冷却されて、一旦均熱温度に保持される。
ここで、均熱温度は、発泡性樹脂シート４ｂ（発泡樹脂シート４ａ）の発泡樹脂の融点をＴｍとしたときに、Ｔｍ以上１．３Ｔｍ以下の範囲内に設定されている。そのため、均熱温度に保持された発泡樹脂金属積層板１においては、発泡樹脂金属積層板１の全面にわたって発泡樹脂シート４ａが溶融した状態となる。
その後、大気中に露出した室温冷却部２２に搬送された発泡樹脂金属積層板１は、大気中で均熱温度から室温まで冷却される。ここで、均熱槽２１において溶融状態となっていた発泡樹脂シート４ａは、室温冷却部２２に搬送された後に、発泡樹脂金属積層板１の全面にわたって同じタイミングで凝固を開始する。そのため、発泡樹脂シート４ａの冷却速度のバラツキが抑えられる。
これに対して、図２（ｂ）に示すように、均熱槽２１を備えていない従来の製造装置５０においては、加熱炉１１から大気中に露出した室温冷却部２２に搬送された発泡樹脂金属積層板１の全面にわたって発泡樹脂シート４ａの冷却速度にバラツキが生じる。具体的には、矩形の発泡樹脂シート４ａの周辺部の方が中央部よりも速く凝固する。これにより、発泡樹脂金属積層板１に熱ひずみによる波打ち現象が生じる。
温度変化を示す模式図である図３（ａ）に示すように、均熱槽２１を用いて発泡樹脂金属積層板１を一旦均熱温度に保持することで、矩形の発泡樹脂金属積層板１の中央部のアルミニウム板２の表面温度と、周辺部のアルミニウム板２の表面温度との温度差は小さくなる。そのため、発泡樹脂シート４ａの冷却速度のバラツキに起因する熱ひずみによる波打ち現象を抑制することができる。
一方、図３（ｂ）に示すように、均熱槽２１を用いない従来の冷却方法では、矩形の発泡樹脂金属積層板１の中央部のアルミニウム板２の表面温度と、周辺部のアルミニウム板２の表面温度との温度差は大きくなり、発泡樹脂シート４ａの冷却速度のバラツキに起因する熱ひずみによる波打ち現象が生じることとなる。
なお、図２（ａ）に示すように、本実施形態では加熱炉１１と均熱槽２１とが別々に設けられた構成にされているが、加熱炉１１が均熱槽２１を兼ねた構成にされていてもよい。即ち、加熱炉１１の温度を発泡温度よりも高い２３０℃にして発泡性樹脂シート４ｂを加熱発泡させた後に、加熱炉１１の温度を均熱温度まで下げて、発泡樹脂金属積層板１を均熱温度に保持するようにしてもよい。
（解析）
次に、厚さ０．１５ｍｍのアルミニウム板２と、厚さ３ｍｍの発泡ポリプロピレン製の発泡樹脂シート４ａとからなる１ｍ角の平板（発泡樹脂金属積層板１）を対象として、非定常熱伝導解析によりアルミニウム板２と発泡樹脂シート４ａの温度分布と、アルミニウム板２の熱ひずみ分布の時間変化を計算した。アルミニウム板２の物性を表１に、発泡樹脂シート４ａの物性を表２に、それぞれ示す。
ここで、発泡樹脂シート４ａは、１６０℃以上で溶融状態になるため、１６０℃、２３０℃における発泡樹脂シート４ａのヤング率を、１４０℃の値の１／１０の値に仮定した。また、発泡樹脂シート４ａの密度および比熱は、空気６６％の場合との体積比である。また、発泡樹脂シート４ａの線膨張率は、三協化成産業株式会社のホームページに記載された発泡ポリプロピレンの値を使用した。
図４、図５に示すように、解析モデルを１／４対称モデルとした。非定常熱伝導解析の計算条件として、初期条件、冷却条件、変位拘束条件、および、計算時間を次のように設定した。ここで、均熱槽２１を備えていない従来のケースをＣａｓｅ１とし、均熱槽２１を備えた本実施形態のケースをＣａｓｅ２とした。
まず、Ｃａｓｅ１およびＣａｓｅ２の初期条件として、加熱炉１１から出てきた発泡樹脂金属積層板１を初期状態とし、温度を２３０℃で一定にし、初期ひずみを０とした。
次に、Ｃａｓｅ１の冷却条件として、加熱炉１１から出てきた発泡樹脂金属積層板１は、大気中で自然対流と放射により冷却されるものとした。ここで、自然対流は大気温度が２０℃で、表面熱伝達率が３Ｗ／ｍ２Ｋとし、放射は大気温度が２０℃で、放射率が０．０２とした。
一方、Ｃａｓｅ２の冷却条件として、加熱炉１１から出てきた発泡樹脂金属積層板１は均熱槽２１で均熱温度まで冷却されて均熱温度に一旦保持され、その後、大気中で自然対流と放射により冷却されるものとした。ここで、均熱槽２１における自然対流は、処理時間が３６０ｓで、雰囲気温度が１６０℃で、表面熱伝達率が３Ｗ／ｍ２Ｋとし、均熱槽２１における放射は、処理時間が３６０ｓで、外部温度が１６０℃で、放射率が０．０２とした。また、大気中における自然対流は、大気温度が２０℃で、表面熱伝達率が３Ｗ／ｍ２Ｋとし、大気中における放射は、大気温度が２０℃で、放射率が０．０２とした。
また、Ｃａｓｅ１およびＣａｓｅ２の変位拘束条件はないものとし、Ｃａｓｅ１およびＣａｓｅ２の計算時間は代表点が約１００℃以下になるまでとした。ここで、代表点は、図５に示すように、平板の中心部と周辺部とに１つずつ設けた。
平板の中心部に設けた代表点におけるアルミニウム板２表面および発泡樹脂シート４ａ中央部（図５参照）の温度変化を計算した結果を図６に示す。また、平板の周辺部に設けた代表点におけるアルミニウム板２表面および発泡樹脂シート４ａ中央部の温度変化を計算した結果を図７に示す。また、平板の中心部と周辺部との温度差の時間変化を図８に示す。ここで、図８中の黒丸は、ポリプロピレンの融点である１６０℃を通過するタイミングを示している。このタイミングにおけるアルミニウム板２表面および発泡樹脂シート４ａ中央部の温度差をＣａｓｅ１とＣａｓｅ２とで比較すると、発泡樹脂シート４ａ中央部の温度差はＣａｓｅ２の方が１．９℃小さく、アルミニウム板２表面の温度差もＣａｓｅ２の方が１．５℃小さい。このことから、均熱槽２１の追加により、平板の中心部と周辺部との温度差が小さくなることがわかる。
次に、このような温度変化の結果として、発泡樹脂シート４ａの温度が１００℃になった時点でアルミニウム板２に生じる最大弾性主ひずみ、および、最小弾性主ひずみの解析結果を図９、図１０に示す。図９（ａ）はＣａｓｅ１の最大弾性主ひずみの解析結果であり、図９（ｂ）はＣａｓｅ２の最大弾性主ひずみの解析結果である。また、図１０（ａ）はＣａｓｅ１の最小弾性主ひずみの解析結果であり、図１０（ｂ）はＣａｓｅ２の最小弾性主ひずみの解析結果である。最大弾性主ひずみ、および、最小弾性主ひずみは、いずれもＣａｓｅ１よりＣａｓｅ２の方が小さく、均熱槽２１の追加により熱変形が小さくなり波打ち現象が抑制されることがわかる。
（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る発泡樹脂金属積層板１の製造方法および製造装置１０によると、発泡樹脂金属積層板１を室温まで冷却する際に、一旦均熱温度まで冷却して均熱温度に保持した後に、室温まで冷却する。このように、発泡樹脂金属積層板１を一旦均熱温度に保持して、発泡樹脂シート４ａの温度を発泡樹脂金属積層板１の全面にわたって均一にした後に、室温まで冷却することで、発泡樹脂シート４ａの冷却速度のバラツキを抑えることができる。これにより、発泡樹脂シート４ａの冷却速度のバラツキに起因する熱ひずみによる波打ち現象を抑制することができる。
また、発泡性樹脂シート４ｂ（発泡樹脂シート４ａ）の発泡樹脂の融点をＴｍとしたときに、均熱温度を、Ｔｍ以上１．３Ｔｍ以下の範囲内に設定することで、発泡樹脂金属積層板１を均熱温度に保持する均熱槽２１において、発泡樹脂金属積層板１の全面にわたって発泡樹脂シート４ａが溶融した状態に保持することができる。これにより、均熱槽２１から室温冷却部２２に移行した際に、発泡樹脂シート４ａが凝固し始めるタイミングを発泡樹脂金属積層板１の全面にわたって同じにすることができるから、発泡樹脂シート４ａの冷却速度のバラツキを一層抑えることができる。
また、ポリプロピレンからなる発泡性樹脂シート４ｂとすることで、均一な発泡性を得ることができる。また、アルミニウムからなる金属板２とすることで、発泡樹脂金属積層板１の剛性および軽量性を高めることができる。
また、均熱槽２１を熱風循環式加熱炉とすることで、遠赤外線加熱方式では熱線が反射されて上手く加熱できない金属であっても、好適に加熱することができる。
［第２実施形態］
（発泡樹脂金属積層板の製造装置）
次に、本発明の第２実施形態に係る製造装置２１０について説明する。なお、上述した構成要素と同じ構成要素については、同じ参照番号を付してその説明を省略する。本実施形態の製造装置２１０が第１実施形態の製造装置１０と異なる点は、図１１に示すように、冷却部１２が、均熱槽２１と室温冷却部２２との間に、第２均熱槽（第２均熱部）２３を有している点である。
第２均熱槽２３は、熱風循環式加熱炉であって、その内部温度は、均熱槽２１の内部温度である均熱温度よりも低くて室温（２０℃）よりも高い第２均熱温度に保たれている。均熱槽２１において均熱温度に保持された発泡樹脂金属積層板１は、その後、第２均熱槽２３内に搬送され、第２均熱温度まで冷却されて第２均熱温度に一旦保持される。その後、室温冷却部２２に搬送された発泡樹脂金属積層板１は、大気中で第２均熱温度から室温まで冷却されることとなる。
このように、発泡樹脂金属積層板１を均熱温度に保持して、発泡樹脂金属積層板１の全面にわたって発泡樹脂シート４ａの温度を均一にした後に、さらに、発泡樹脂金属積層板１を第２均熱温度に保持して、発泡樹脂金属積層板１の全面にわたって発泡樹脂シート４ａの温度を均一にすることで、発泡樹脂シート４ａの冷却速度のバラツキが一層抑えられる。
なお、本実施形態においては、第２均熱槽２３が１つだけ設けられているが、第２均熱槽２３が２以上連続して設けられていてもよい。この場合、上流側の第２均熱槽２３よりも下流側の第２均熱槽２３の方が第２均熱温度が低く設定される。即ち、第２均熱槽２３は、第２均熱温度が順に低くなるように２以上連続して設けられる。これにより、第２均熱槽２３から室温冷却部２２に向かって、発泡樹脂金属積層板１の温度は均熱温度から室温まで段階的に下がっていくことになる。
このように、発泡樹脂金属積層板１を一旦第２均熱温度に保持して、発泡樹脂金属積層板１の全面にわたって発泡樹脂シート４ａの温度を均一にすることを、第２均熱温度を下げながら複数回行って、発泡樹脂シート４ａの温度を段階的に下げていくことで、発泡樹脂シート４ａの冷却速度のバラツキが一層抑えられる。
なお、第２均熱槽２３を物理的に複数設けることで、発泡樹脂金属積層板１の全面にわたって発泡樹脂シート４ａの温度を均一にすることを複数回行う構成に限定されず、１つの第２均熱槽２３において第２均熱温度を段階的に複数回下げていくことで、発泡樹脂金属積層板１の全面にわたって発泡樹脂シート４ａの温度を均一にすることを複数回行う構成であってもよい。
また、均熱槽２１と第２均熱槽２３とが別々に設けられた構成にされているが、均熱槽２１が第２均熱槽２３を兼ねた構成にされていてもよい。即ち、均熱槽２１の温度を均熱温度にして発泡樹脂シート４ａを溶融状態に保持した後に、均熱槽２１の温度を第２均熱温度まで下げて、発泡樹脂金属積層板１を第２均熱温度に保持するようにしてもよい。
（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る発泡樹脂金属積層板１の製造方法および製造装置２１０によると、発泡樹脂金属積層板１を均熱温度に保持して、発泡樹脂金属積層板１の全面にわたって発泡樹脂シート４ａの温度を均一にした後に、さらに、発泡樹脂金属積層板１を第２均熱温度に保持して、発泡樹脂金属積層板１の全面にわたって発泡樹脂シート４ａの温度を均一にすることで、発泡樹脂シート４ａの冷却速度のバラツキを一層抑えることができる。
また、発泡樹脂金属積層板１を一旦第２均熱温度に保持して、発泡樹脂金属積層板１の全面にわたって発泡樹脂シート４ａの温度を均一にすることを、前回よりも第２均熱温度を下げて複数回行って、発泡樹脂シート４ａの温度を段階的に下げていくことで、発泡樹脂シート４ａの冷却速度のバラツキを一層抑えることができる。
（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
１ 発泡樹脂金属積層板
１ａ 発泡性樹脂金属積層板
２ アルミニウム板（金属板）
４ａ 発泡樹脂シート
４ｂ 発泡性樹脂シート
１０，２１０ 製造装置
１１ 加熱炉（加熱部）
１２ 冷却部
１３ コンベア
２１ 均熱槽（均熱部）
２２ 室温冷却部
２３ 第２均熱槽（第２均熱部）
５０ 製造装置

Claims (11)

  1. 未発泡状態の発泡性樹脂シートの両面に金属板を積層して発泡性樹脂金属積層板を形成する積層工程と、
    前記発泡性樹脂金属積層板を加熱して前記発泡性樹脂シートを発泡させることで、発泡樹脂金属積層板とする加熱工程と、
    前記発泡樹脂金属積層板を室温まで冷却する冷却工程と、
    を有し、
    前記冷却工程は、
    前記発泡性樹脂シートの発泡温度よりも低くて前記室温よりも高い均熱温度まで前記発泡樹脂金属積層板を冷却して、前記発泡樹脂金属積層板を前記均熱温度に保持する均熱工程と、
    前記均熱工程の後に、前記発泡樹脂金属積層板を前記室温まで冷却する室温冷却工程と、
    を有することを特徴とする発泡樹脂金属積層板の製造方法。
  2. 前記発泡性樹脂シートの発泡樹脂の融点をＴｍとしたときに、前記均熱温度を、Ｔｍ以上１．３Ｔｍ以下の範囲内に設定することを特徴とする請求項１に記載の発泡樹脂金属積層板の製造方法。
  3. 前記冷却工程は、前記均熱工程と前記室温冷却工程との間に、前記均熱温度よりも低くて前記室温よりも高い第２均熱温度まで前記発泡樹脂金属積層板を冷却して、前記発泡樹脂金属積層板を前記第２均熱温度に保持する第２均熱工程を更に有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の発泡樹脂金属積層板の製造方法。
  4. 前記第２均熱工程を、前回よりも前記第２均熱温度を下げて複数回行うことを特徴とする請求項３に記載の発泡樹脂金属積層板の製造方法。
  5. 前記発泡性樹脂シートがポリプロピレンからなり、前記金属板がアルミニウムからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発泡樹脂金属積層板の製造方法。
  6. 未発泡状態の発泡性樹脂シートの両面に金属板を積層した発泡性樹脂金属積層板を加熱して前記発泡性樹脂シートを発泡させることで、発泡樹脂金属積層板とする加熱部と、
    前記発泡樹脂金属積層板を室温まで冷却する冷却部と、
    を有し、
    前記冷却部は、
    前記発泡性樹脂シートの発泡温度よりも低くて前記室温よりも高い均熱温度まで前記発泡樹脂金属積層板を冷却して、前記発泡樹脂金属積層板を前記均熱温度に保持する均熱部と、
    前記均熱部の下流側に設けられ、前記発泡樹脂金属積層板を前記室温まで冷却する室温冷却部と、
    を有することを特徴とする発泡樹脂金属積層板の製造装置。
  7. 前記発泡性樹脂シートの発泡樹脂の融点をＴｍとしたときに、前記均熱温度が、Ｔｍ以上１．３Ｔｍ以下の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項６に記載の発泡樹脂金属積層板の製造装置。
  8. 前記冷却部は、前記均熱部と前記室温冷却部との間に、前記均熱温度よりも低くて前記室温よりも高い第２均熱温度まで前記発泡樹脂金属積層板を冷却して、前記発泡樹脂金属積層板を前記第２均熱温度に保持する第２均熱部を更に有していることを特徴とする請求項６又は７に記載の発泡樹脂金属積層板の製造装置。
  9. 前記第２均熱部は、前記第２均熱温度が順に低くなるように２以上連続して設けられていることを特徴とする請求項８に記載の発泡樹脂金属積層板の製造装置。
  10. 前記発泡性樹脂シートがポリプロピレンからなり、前記金属板がアルミニウムからなることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の発泡樹脂金属積層板の製造装置。
  11. 前記均熱部が、熱風循環式加熱炉であることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載の発泡樹脂金属積層板の製造装置。
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