JP4222667B2

JP4222667B2 - 樹脂製フレーム及び該フレームを備えた冷凍コンテナ

Info

Publication number: JP4222667B2
Application number: JP34347098A
Authority: JP
Inventors: 斎児玉
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1998-12-02
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2018-12-02
Also published as: JP2000168882A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は樹脂製フレーム及びその用途に関し、特に、海上輸送等に使用される冷凍コンテナに取り付られる樹脂製フレームに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、食品等の各種の荷物を冷凍状態で船、鉄道又は車両などによって運搬するために、冷凍機を内蔵した冷凍コンテナが使用されている。通常、冷凍コンテナは開放面を有する略箱形のコンテナ本体に対し、冷凍機を搭載したフレームが、この開放面を覆うように取り付けられて構成されている。
【０００３】
この種のコンテナは、輸送時には複数個が積み上げられるので、フレームには、上に積み上げられるコンテナの重量に耐えうる強度が求められる。また、フレームには、コンテナ内の荷物に対する外界からの熱伝導を防止するために高い断熱性が必要である。そこで、一般に、冷凍コンテナのフレームはスチール又はアルミ等の金属材料からなる外板又は内板とウレタン発泡体等からなる断熱材とを組み合わせて形成されている。
【０００４】
ところで、効率的な輸送のためには、コンテナ自体の重量は軽い方が好ましい。そこで、特開平１０−１５７７９２号公報、特開平１０−１７０１２９号公報及び特開平１０−１６０３２６号公報には、補強繊維が混入された樹脂からなる外板及び内板の間に発泡樹脂からなる断熱材を挟んだ、いわゆるフォームコアサンドイッチボードによってフレームを構成することが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、フォームコアサンドイッチボードのような樹脂製の構造材料で冷凍コンテナのフレームを形成した場合における最大の問題は、フレームの本体部分をコンテナ本体にボルト等を介して取り付けるための取付孔を有するフランジ部のラッキング強度である。
【０００６】
すなわち、前記取付孔の形状等については、同一のフレームをどのコンテナ本体にも取り付けることができるように国際統一規格が採用されているが、この規格はスチール板製のフランジを基準にしているために、局所的な圧壊強度が比較的弱い通常の繊維強化樹脂材料からなるフランジでは、ボルト等を介して前記取付孔の部分から加わる荷重に対してフランジが耐えきれずに破損するおそれがある。フレームのフランジ部が破損すると、最悪の場合にはコンテナ本体からフレームが外れてコンテナ内の荷物が外部へ放出されてしまう。
【０００７】
そこで、上記した特開平１０−１５７７９２号公報、特開平１０−１７０１２９号公報及び特開平１０−１６０３２６号公報記載のフレームでは、フレーム本体の外板と内板の外周縁部が一体化されて形成されたフランジ内部に骨格部材として金属製の枠体をインサートすることが提案されている。
【０００８】
しかし、フレームのフランジ内部に上記したような金属製の骨格部材をインサートすることはコンテナ全体の重量を増大させてしまう。また、フレームの製造工程が複雑化し、製造時間と製造コストの増大は避けられない。しかも、金属製の骨格部材を介して外部からの熱がコンテナ内に伝導されるおそれもある。
【０００９】
本発明は上記したような従来の技術における問題点を解決することをその課題とする。すなわち、本発明の目的は、製造が容易で軽量であり、しかも、フランジ部の剛性が高く十分なラッキング強度を有する新規な樹脂製フレームを提供し、これを用いて高強度の冷凍コンテナを製作することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、コンテナ本体に取り付けるための取付孔を有する繊維強化樹脂材料層からなるフランジ部を備えた樹脂製フレームであって、前記繊維強化樹脂材料層に含まれる連続繊維の配向方向と前記フランジ部の縁に平行な方向のなす角が３０゜〜６０゜である樹脂製フレームによって達成される。また、前記繊維強化樹脂材料層中の全補強繊維に占める前記連続繊維の割合は１０％以上であることが好ましい。前記連続繊維としては炭素繊維が好ましい。なお、「フランジ部の縁に平行な方向」とはフランジ部の縁（エッジ）に沿う方向を指し、必ずしも直線方向である必要はない。
【００１１】
本発明のフレームのフランジ部の取付孔は後加工により形成されていてもよく、また、前記取付孔にはメタルブッシュが嵌合されていてもよい。本発明のフレームはコンテナ本体に取り付けられて冷凍コンテナを構成する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１(a)及び(b)は、それぞれ、本発明の樹脂製フレームの実施の形態の一例である冷凍コンテナ用樹脂製フレーム１（以下、単に「フレーム１」という）の正面図及び側面図である。なお、図１(a)及び(b)には、フレーム１のフランジ部１ｂの層構造を拡大して示す。
【００１３】
図１の樹脂製フレーム１はフレーム本体１ａとフランジ部１ｂとからなり、フレーム本体１ａの下部にはコンテナ内部へ向かって窪み２が形成されている。窪み２にはコンテナ内の荷物を冷却するための図示しない冷凍機が収納され、該冷凍機からの冷気は図示しない通路を介して窪み２からコンテナ内部へと供給される。
【００１４】
一方、フレーム本体１ａの上方には、フレーム本体１ａを貫通する左右一対の点検窓３が形成されている。図１における点検窓３は略長方形であり、図示しない点検扉によって開閉自在とされている。前記点検扉はコンテナ内部及び上記冷却機の点検の際に開放される。
【００１５】
まず、フレーム本体１ａについて説明する。図１(b)の部分拡大図に示されるように、本実施の形態では、繊維強化樹脂材料層からなる外板４ａと内板４ｂの間に断熱材としてのプラスチックフォーム５が挟まれてフレーム本体１ａが構成されている。フレーム本体１ａを構成する部分の外板４ａ及び内板４ｂに含まれる補強繊維の材質は特に限定されるものではなく、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、炭化珪素繊維、ホウ素繊維、パルプなどの天然繊維、ステンレススチール繊維などの公知の繊維が使用可能であるが、フレーム本体１ａの高剛性化のためには炭素繊維を使用することが好ましい。なお、２種以上の繊維を組み合わせて補強繊維としてもよい。
【００１６】
前記補強繊維による強化形態としては、連続した強化繊維を一方向に引き揃えたもの、連続した強化繊維を製織して織布としたもの、５〜５０ｍｍ程度に短く切断した強化繊維を所定の方向に配向又は不定方向に分散したものなどを挙げることができるが、強度の点では、異なる方向に配向する補強繊維からなる織布が好ましい。なお、フレーム本体１ａにおいて特に高い剛性が求められない部分については外板４ａ又は内板４ｂは補強繊維を含まなくともよい。
【００１７】
外板４ａ及び内板４ｂを構成する繊維強化樹脂材料層のマトリックス樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、フラン樹脂、マレイミド樹脂、アクリル樹脂などの、繊維強化樹脂材料に従来より使用されているものを採用することができるが、耐熱性の点で熱硬化性の樹脂が好ましい。なお、前記マトリックス樹脂には、耐摩耗性の向上などを目的として各種の粉体、フィラーなどを混合してもよい。
【００１８】
プラスチックフォーム５の材質としては、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、ネオプレン、クロロプレン、ポリスルフィド、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、アセチルセルロース、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリイミド、アクリル樹脂などの公知の熱可塑性樹脂、及び、ポリウレタン、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、ウレア樹脂などの公知の熱硬化性樹脂などを用いることができる。なお、プラスチックフォーム５には難燃性の付与などを目的として三酸化アンチモン、酸化ジルコン、メタホウ酸バリウム、ホウ酸亜鉛、リン酸エステルなどの各種添加剤が混合されていてもよい。
【００１９】
プラスチックフォーム５と外板４ａ及び内板４ｂは直接、相互に接着されてもよいが、接着性の向上のために、接着層を介して接着されることが好ましい。前記接着層を構成する材質としては、プラスチックフォーム５と外板４ａ及び内板４ｂとを強固に接着することができるものであれば特に限定されるものではないが、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂が好ましく、特に、ウレタン樹脂が好ましい。なお、接着性の更なる向上のために、前記接着剤層には繊維マットが含まれていてもよい。ただし、前記繊維マットを構成する繊維は補強作用を有する必要はない。また、前記接着層の他にビス、ネジなどの機械的手段を用いてプラスチックフォーム５と外板４ａ及び内板４ｂの接合を補強してもよい。
【００２０】
次に、フランジ部１ｂについて説明する。図１に示すフレーム１では、外板４ａと内板４ｂの外周縁部が一体化されてフランジ部１ｂとされており、フランジ部１ｂはフレーム本体１ａを構成する繊維強化樹脂材料層と同一のマトリックス樹脂６と連続補強繊維７とからなる繊維強化樹脂材料層により形成されている。
【００２１】
図１(a)の部分拡大図から明らかなように、図１のフレーム１では、フランジ部１ｂに含まれる連続補強繊維７は、平織りの補強繊維シートとされており、該補強繊維シート中の連続繊維束はフランジ部１ｂの縁に平行な方向に対して傾斜して配向している。すなわち、フランジ部１ｂは、フランジ部１ｂの縁に平行な方向とは異なった方向に配向する連続繊維によって補強されている。連続補強繊維７の材質としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、炭化珪素繊維、ホウ素繊維、パルプなどの天然繊維、ステンレススチール繊維などが使用可能であるが、フランジ部１ｂについて十分なラッキング強度を得るためには剛性の高い炭素繊維を用いることが好ましい。なお、２種以上の補強繊維束を製織して連続補強繊維７としてもよい。
【００２２】
連続補強繊維７としては、上記平織りの補強繊維シートの他に、連続繊維束を綾織り、朱子織り、一方織り等によって製織した織布タイプの補強繊維シート、または、連続繊維束を一方向に平面的に引き揃えた補強繊維シートを使用することができるが、前記補強繊維シート中の連続繊維は、少なくともその一部の配向方向がフランジ部１ｂの縁に平行な方向とは異なる必要がある。なお、フランジ部１ｂのあらゆる方向に対する強度を補強する点では、連続補強繊維７の形態としては、異なる方向に配向する連続補強繊維を製織して得られた織布タイプの補強繊維シートが好ましい。
【００２３】
フランジ部１ｂの縁に平行な方向と連続補強繊維７中の連続繊維束の配向方向とのなす角度は３０〜６０゜の範囲であり、更に４０〜５０゜の範囲がより好ましい。そして、フランジ部１ｂの強度向上の点では前記角度を４５゜と設定することが最も好ましい。前記角度が３０゜未満又は６０゜より大きいとフランジ部１ｂのラッキング強度の向上の程度が低くなる。
【００２４】
図１のフレーム１ではフランジ部１ｂは補強繊維として、フランジ部１ｂの縁に平行な方向とは異なる方向に繊維が配向する連続補強繊維７のみを含んでいるが、本発明においては、フレームのフランジ部を構成する繊維強化樹脂材料層はフランジ部の縁に平行な方向に配向する連続補強繊維又は不連続な形態の補強繊維を更に含んでいてもよい。ただし、その場合には、フランジ部の部分に含まれる全ての補強繊維中において、フランジ部の縁に平行な方向とは異なった方向、特に、フランジ部の縁に平行な方向に対して傾斜した方向に配向する連続繊維の割合を少なくとも１０％以上とすることが好ましい。前記割合が１０％未満の場合は、フランジ部のラッキング強度の向上を図ることが困難となる。
なお、フランジ部の縁に対して平行な方向、垂直な方向、＋４５゜傾斜した方向及び−４５゜傾斜した方向のそれぞれに配向する連続補強繊維の割合を１：１：１：１とすると、フランジ部の面圧強度が最大となるので、特に好ましい。
【００２５】
なお、連続補強繊維７は少なくともフランジ部１ｂに存在していればよいが、フレーム全体の強度の向上、及び、製造作業の容易性の点でフレーム本体１ａについてもフランジ部１ｂにおける連続補強繊維７と同一の補強繊維によって補強することが好ましい。
【００２６】
フレーム１のフランジ部１ｂには、フレーム本体１ａを図１には図示しないコンテナ本体の開口面に取り付けるための取付孔８が、その全周にわたって複数個形成されている。取付孔８は、フレーム１の製造にあたって中子を金型内の所定箇所に配置する等して、予めマトリックス樹脂６及び連続補強繊維７が存在しない部分をフランジ部１ｂに形成することにより製作されてもよいが、取付孔８周辺のラッキング強度を確保するためには、取付孔８はドリル、パンチによる穿孔等の後加工によってフランジ部１ｂに形成されることが好ましい。
【００２７】
図２に、フレーム１をコンテナ本体９の開口面に取り付けた冷凍コンテナ１０の斜視図を示す。本発明のフレーム１は、フランジ部１ｂに形成された複数の取付孔８を介してボルト等の締結治具によってコンテナ本体９に取り付けられ固定される。コンテナ本体９には図示しない搬入口が形成されており、該搬入口は扉等により開閉自在とされている。
【００２８】
ところで、冷凍コンテナ１０の移動時又は荷物積載時には、コンテナ本体９から前記ボルト等を介してフレーム１に対して押圧力、衝撃力等が加わるが、局部的にみるとその大きさはフランジ部１ｂの取付孔８の部分が最も大きい。したがって、そのような応力が集中する取付孔８にはメタルブッシュ１１を嵌合して補強することにより、取付孔８の破損を防止して、より安全な冷凍コンテナ１０を得ることができる。
【００２９】
図１のフレーム１は、例えば以下のようにして製造することができる。
【００３０】
まず、所定の厚み及び形状を有するシート状のプラスチックフォーム５を製造する。プラスチックフォーム５の製造方法は特に限定されるものではなく、押出発泡法、射出発泡法、モールド発泡法、吹付発泡法、二液混合法等の公知の連続的又はバッチ的な発泡成形法を適宜採用することができる。また、発泡剤も特に限定されるものではなく、窒素等のような気体そのもの、又は、気化可能な溶剤の他に、重炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウムなどの無機系発泡剤、ベンゼンスルホヒドラジン系、アゾニトリル系、アゾカルボン系、ジアゾアセトアミド系、ニトロソ化合物系などの有機系発泡剤のように公知の発泡剤を使用することができる。
【００３１】
次に、金型のキャビティのフランジ部１ｂに対応する部分に連続補強繊維７を配置する。一方、フレーム本体１ａについては必ずしも補強繊維を含む必要はないが、フレーム全体の強度向上のためにはフレーム本体１ａに対応するキャビティ部分にも補強繊維を配置することが好ましく、特に、フランジ部１ｂに使用される連続補強繊維７と同一の補強繊維を配置することがより好ましい。
【００３２】
連続補強繊維７は、その繊維の配向方向がフランジ部１ｂの縁に沿った方向に対して傾斜するようにキャビティ内に配置される。なお、高い強度が必要とされる部分等には連続補強繊維７以外にも他の補強繊維を更に重ねて配置してもよいが、フランジ部１ｂに存在する補強繊維全体に占める連続補強繊維７の割合を１０％以上に保つことが好ましい。
【００３３】
次に、キャビティ内に配置された補強繊維の上に、プラスチックフォーム５を載置し、更にその上に必要に応じて補強繊維を配置する。その後、金型を型締めして、液状の硬化性樹脂をキャビティ内に注入し、キャビティ内の補強繊維に含浸させる。次いで、加熱等により前記樹脂を硬化させ、これによりキャビティ内の補強繊維と硬化性樹脂を一体化させてフレーム１を得る。つまり、前記補強繊維に前記硬化性樹脂を含浸・硬化させることによりキャビティ内において外板４ａ及び内板４ｂを形成し、これによりプラスチックフォーム５を被覆し、かつ、それぞれの外周縁部において外板４ａ及び内板４ｂが一体化した形状のフランジ部１ｂを製作する。そして、前記樹脂の十分な硬化を確認した後、型開きにより金型からフレーム１が取り出される。
【００３４】
このようにして製造されたフレーム１のフランジ部１ｂには、ドリル、パンチ等により取付孔８が穿孔されて形成される。また、必要に応じてメタルブッシュ１１が嵌合される。
【００３５】
【実施例】
以下、本実施の形態を実施例により、更に詳細に説明する。
＜実施例＞
補強繊維としてパイロフィルＴＲ５０Ｓ−１２Ｌ（三菱レイヨン（株）社登録商標）を用い、目付け６５０g/m²の平織りの炭素繊維クロスを製造した。また、断熱材として密度２００kg/m³の発泡ポリウレタン樹脂製プラスチックフォームを予めモールド発泡成形により製造した。
次に、フレーム製造用の金型のキャビティに、キャビティの縁に平行な方向と垂直な方向に繊維が配向するように前記炭素繊維クロスを８枚セットし、更に、キャビティの縁に平行な方向に対して繊維の配向方向が±４５゜傾斜するように前記炭素繊維クロスを２枚セットした。
そして、その上に前記プラスチックフォームをセットした後、金型を閉じて液状の未硬化の常温硬化型エポキシ樹脂を注入し、更に８時間室温で放置して樹脂を硬化させた。
樹脂硬化を確認後、金型を外してフレームを得た。フレームのフランジ部に所定の位置にドリルで取付孔を加工した。また、応力の集中する取付孔にはメタルブッシュを圧入嵌合した。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の樹脂製フレームは、金属製フレームに比べて軽量であり、また、海水等に対しても十分な耐食性を有している。そして、フランジ部が繊維強化樹脂材料層からなり、その縁に平行な方向とは異なる方向に配向する連続繊維を含むために、すなわち、繊維強化樹脂材料層に含まれる連続繊維の配向方向とフランジ部の縁に平行な方向のなす角が３０゜〜６０゜であるために、フランジ部の剛性が高く、十分なラッキング強度を有している。したがって、高強度の冷凍コンテナを製作することができる。また、フランジ部に金属製の補強部材を使用していないので、フレーム全体の重量が増大することもなく、製造も容易である。なお、プラスチックフォーム等からなる心材を有する場合には、適度な断熱特性を得ることができる。
【００３７】
また、前記繊維強化材料層中の全補強繊維に占める前記連続繊維、すなわち、繊維強化樹脂材料層に含まれる連続繊維の配向方向とフランジ部の縁に平行な方向のなす角が３０゜〜６０゜であり、この連続繊維の割合が１０％以上である場合は、フランジ部の剛性を効果的に高めることができる。
【００３８】
そして、前記連続繊維として炭素繊維を使用する場合には、フレームの軽量性を維持した上で、フランジ部の剛性を更に高めることが可能となる。
【００３９】
本発明の樹脂製フレームのフランジ部に取付孔が後加工により形成されている場合は、補強繊維により強化されたフランジ部の強度を十分に利用することが可能となる。また、前記取付孔にメタルブッシュが嵌合されている場合には、取付孔が過剰な応力によって破損するおそれがない。
【００４０】
本発明の樹脂製フレームが取り付けられた冷凍コンテナは、船舶等の輸送手段への搭載等の際に大きな応力がフレームのフランジ部とコンテナ本体との接合箇所に加わってもフレームのフランジ部が破損することがなく、安全である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の樹脂製フレームの一実施の形態の正面図及び側面図。
【図２】本発明の樹脂製フレームをコンテナ本体の開口面に取り付けた本発明の冷凍コンテナの斜視図。
【符号の説明】
１フレーム
２窪み
３点検窓
４ａ外板
４ｂ内板
５プラスチックフォーム
６マトリックス樹脂
７連続補強繊維
８取付孔
９コンテナ本体
１０冷凍コンテナ
１１メタルブッシュ

Claims

コンテナ本体に取り付けるための取付孔を有する繊維強化樹脂材料層からなるフランジ部を備えた樹脂製フレームであって、前記繊維強化樹脂材料層に含まれる連続繊維の配向方向と前記フランジ部の縁に平行な方向のなす角が３０゜〜６０゜であり、前記取付孔は、後加工により形成され、かつ、メタルブッシュが嵌合されている樹脂製フレーム。
請求項１記載の樹脂製フレームが取付けられたことを特徴とする冷凍コンテナ。