JP2003145576A

JP2003145576A - 熱可塑性樹脂の成形加工方法および成形装置

Info

Publication number: JP2003145576A
Application number: JP2001346645A
Authority: JP
Inventors: Takahide Kobayashi; 隆英小林
Original assignee: Kanto Jidosha Kogyo KK; Kanto Auto Works Ltd
Current assignee: Kanto Jidosha Kogyo KK; Toyota Motor East Japan Inc
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2003-05-20

Abstract

(57)【要約】【課題】ヒートサイクル成形において、成形に時間が
かからない生産性のよい熱可塑性樹脂の成形加工方法及
び装置を提供する。【解決手段】コア型１は、コンクリート製で、型面近
くに放吸熱管１５が等間隔で並列平行に埋設されてい
る。キャビ型は、メタルドコンクリートモールドで、型
面にはニッケル金属層が敷設されている。金属層の裏面
には、キャビ型側放吸熱管１５が等間隔で埋設されてい
る。加熱媒体供給タンク１１から加熱媒体、例えば高温
水をコア型１の放吸熱管１５に導入し、おなじようにキ
ャビ型中の放吸熱管にも導入する。高温水は平行な放吸
熱管１５中を並列に流れ、型温度を所定温度まで上げ
る。次いで、型空間に熱可塑性樹脂とスキン層材とを射
出充填する。充填完了後、冷却水を同じ管路で注入す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性樹脂の成
形加工方法および熱可塑性樹脂の成形装置、とくにヒー
トサイクル成形による加熱及び冷却技術に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂などで成形物を作る場合、
所定の形状を付与した型を用いる。型成形には型の温度
を一定に保つことが必要で、一定温度に加熱した温水を
型に通すことが必要となる。また、成形樹脂の硬化後
は、成形サイクルを短縮するために型を冷却することも
必要である。このようにして得られる成形物は、更に表
面にスキン層をシボ転写することが行われる。成形と転
写とを同時に行う方法もある。これらを同時に行う場合
は、成形時に型の厳密な温度管理が必要となる。このよ
うに、加熱と冷却の温度制御を行いつつ成形する技術を
ヒートサイクル成形法といい、典型的には、型内に放吸
熱管を埋設し、型を自由に温度制御できるようにして成
形するものである。このようなヒートサイクル成形にお
いて用いる放吸熱管は、熱移動を制御するもので、型空
間内に成形樹脂が完全に充填しきるまで、成形樹脂の冷
却を遅らせるために不可欠である。ヒートサイクル成形
では、従来塗装にて製品化していた成形品の塗装レス化
が図られ、成形した樹脂の表面にスキン層を同時に成形
することができる。このように、樹脂成形物の表面にス
キン層を形成する場合でも、スキン層成形時間が事実上
いらなくなる。しかも高品位のシボ転写が得られるとい
う利点もある。

【０００３】ここで、上述のヒートサイクル成形で、コ
ア型１とキャビ型２との間の型空間内に、スキン層３と
熱可塑性樹脂４とを射出機４ａから注入していく際の様
子を図５，図６に示す。図５はタイプヒートサイクル成
形法、図６は通常のインジェクション（ＩＮＪ）成形法
によるものである。タイプヒートサイクル成形法は、片
面にだけスキン層３を形成しながら熱可塑性樹脂４を射
出する。通常のインジェクション成形法は、両面にスキ
ン層３を形成しながら射出する。いずれも型温度を制御
してスキン層３を形成する。

【０００４】図７は、従来からヒートサイクル成形に用
いている成形装置の放吸熱管の配置を示すものである。
図７に示すように、コア型１とキャビ型２の両方の型に
それぞれ放吸熱管１５が平行に埋設される。平行に埋設
した管は、隣接する管同士をＵ字管などで両端を結合し
て全体を直列路とし、いわば一筆書きで流れる流路を形
成している。この放吸熱管１５の基端部は、入路切り替
えバルブを設けた合流管継ぎ手１３に接合されるととも
に、加熱媒体供給タンク１１と冷却媒体供給タンク１２
の双方からの吐出管がこの合流管継ぎ手１３に接合され
ている。加熱媒体供給タンク１１から吐出される加熱媒
体は、例えば高温水や蒸気或いは高温ガス等であり、冷
却媒体供給タンク１２から吐出される冷却媒体は、例え
ば冷却水などである。これら加熱媒体及び冷却媒体が、
入路切り替えバルブを設けた合流管継ぎ手１３を介して
放吸熱管１５を所定の時間サイクルで交互に流通する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図８は上記した従来の
ヒートサイクル成形装置を用いて、放吸熱管１５でコア
型１とキャビ型２の温度管理を行いながら成形するとき
の温度変化の様子を示している。成形の１サイクルにお
いて、先ず、加熱媒体供給タンク１１から加熱媒体を吐
出して、放吸熱管１５を介してコア型１とキャビ型２の
それぞれを昇温する。この場合、放吸熱管１５が上流側
から下降側へと型内を蛇行して直列路に配設されている
ので、下流側の型が所定の設定温度に達するまでに昇温
時間ｔ１を要する。そして、所定の成形工程の経過後冷
却工程に進むが、同様に、直列路に配設された放吸熱管
１５の下流側が所定温度に冷却されるまでに冷却時間ｔ
２を要する。

【０００６】このように１サイクル毎に、従来のヒート
サイクル成形では、昇温時間ｔ１をかけて緩いカーブで
昇温させ、所定の成形時間経過後、冷却時間ｔ２をかけ
て緩いカーブで降温させながら、成形作業を行ってい
る。上述のように、従来のヒートサイクル成形法は、種
々の利点がありながら、昇温降温カーブが緩く、放吸熱
管１５の配管内の圧損により型全体の温度バランスの安
定に時間がかかり、このため、成形の開始から終了まで
の１サイクルの成形に長時間を要すると言う課題があっ
た。

【０００７】そこで本発明は、ヒートサイクル成形にお
いて、成形時間を大幅に短縮化でき、生産性のよい熱可
塑性樹脂の成形加工方法および成形装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の本発明では、温度制御用の複数本
の放吸熱管を埋設した型を用い、型内空間に熱可塑性樹
脂とスキン層材とを同時に注入して次いで冷却し、スキ
ン層が表面を被覆する成形物を成形する熱可塑性樹脂の
成形加工方法において、放吸熱管には加熱媒体を並列路
で流通させて成形時、型内空間を温度制御することを特
徴としている。この場合、前記型は、好ましくは、型面
にニッケル金属層を敷設したメタルドコンクリートモー
ルドを用い、前記放吸熱管をニッケル金属層裏面に沿っ
て埋設し、コア型の上流側をキャビ型の下流側に合わ
せ、コア型の下流側をキャビ型の上流側に合わせるよう
に設定する。

【０００９】また、請求項３に記載の発明では、熱可塑
性樹脂とスキン層材とを同時に注入してスキン層で表面
を被覆した成形物を成形する熱可塑性樹脂成形型を含む
成形装置であって、型内に放吸熱管が埋設されるととも
に、この放吸熱管が並列路を構成していることを特徴と
している。この場合、前記型は、好ましくは、型面にニ
ッケル金属層を敷設したメタルドコンクリートモールド
を用い、前記放吸熱管がニッケル金属層裏面に沿って埋
設され、コア型の上流側がキャビ型の下流側に合わせら
れ、コア型の下流側がキャビ型の上流側に合わせて配置
される。

【００１０】本発明に従い、埋設した放吸熱管を並列路
に組む成形加工方法あるいは成形加工装置の場合、直列
路で加熱流体又は冷却流体を流通させる従来の場合に比
べ、埋設管の本数を掛け合わせた分のより多くの加熱媒
体を短時間に流通させることができる。この結果、短時
間に大量の熱移動が可能になるので、成形時間を大幅に
短縮させることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明の実施の形態にかかる熱可塑性樹脂
のヒートサイクル成形法による成形装置の概念図であ
る。この成形装置は、図５，図６に示す従来装置と同様
に、コア型１とキャビ型２とで成る合わせ型を有し、型
を合わせた際に設定される所定の空間内に、スキン層３
と熱可塑性樹脂４とが射出機４ａから注入され、所定の
成形物が成形される。

【００１２】図１に示すように、成形用型にはそれぞ
れ、複数本の放吸熱管１５、図示例では４本の放吸熱管
が型の一端から貫入して他端へ貫通して、互いに所定間
隔をあけて並列して型内に埋設されている。図１ではコ
ア型１に配設された放吸熱管１５を示すが、キャビ型２
にも同様に複数本の放吸熱管１５が所定間隔で並行して
配管されている。これらの基端部側、すなわち上流側で
は、放吸熱管１５が型の外側まで露出していて多方分岐
管継ぎ手１４を介して互いに連通しており、この多方分
岐管継ぎ手１４から引き出されて入路切り替えバルブを
設けた合流管継ぎ手１３に接合され、加熱媒体供給タン
ク１１と冷却媒体供給タンク１２に連接されている。ま
た、放吸熱管１５の先端側、すなわち下流側では、放吸
熱管１５が型の外側まで露出しそこでドレインタンク１
６に並列で直接つながっている。すなわち、本実施の形
態では、多方分岐管継ぎ手１４を介して多数本の放吸熱
管１５がコア型１のほぼ全長にわたって同間隔で並列で
延設され、それぞれがコア型１の型中を矢印で示す方向
に平行に延び、ドレインタンク１６に並列で直接連通し
て配設されている。同じように、キャビ型２についても
放吸熱管１５が並列で平行に延び、ドレインタンク１６
に連接されている。なお、加熱媒体供給タンク１１から
吐出される加熱媒体は、例えば高温水や蒸気或いは高温
ガス等であり、冷却媒体供給タンク１２から吐出される
冷却媒体は、例えば冷却水などである。これら加熱媒体
及び冷却媒体が、入路切り替えバルブを設けた合流管継
ぎ手１３を介して、放吸熱管１５を所定の時間サイクル
で交互に流通する。

【００１３】図２及び図３は、放吸熱管１５を埋設した
型の断面図を示す。図２は放吸熱管１５を径方向で切断
した断面図、図３は図２中のキャビ型２のＡ−Ａ面、す
なわち放吸熱管１５の長さ方向で切断した断面図を示
す。図２において、コア型１とキャビ型２とは、所定幅
の型空間１７を挟んで互いに結合されている。本実施の
形態では、コア型１はコンクリート製で、型面近くに放
吸熱管１５が等間隔で並行して埋設されている。キャビ
型２もコンクリート製であり、型面に厚さ５〜８ｍｍの
ニッケル金属層１８が敷設されたメタルドコンクリート
モールド（ＭＣＭ）を用いている。金属層１８の裏面に
はキャビ型２側の放吸熱管１５が、コア型１側の放吸熱
管１５と同一面方向に、しかも図２で示すようにニッケ
ル金属層１８の裏面に沿って等間隔でコンクリート内に
埋設されている。図２中、コア型１内において、加熱媒
体例えば高温ガス又は熱水、及び冷却媒体例えば冷却水
は、紙表から紙背に向けて流れ、キャビ型２では、紙背
から紙表側に反対方向に流れている。これによってコア
型の上流側はキャビ型の下流側に合い、コア型の下流側
はキャビ型の上流側に合うようになっている。もちろ
ん、コア型１及びキャビ型２の各放吸熱管１５を通す加
熱媒体や冷却媒体の、上流側と下流側とを一致させるよ
うにして流すようにしてもよい。

【００１４】上記ヒートサイクル成形装置は、例えば次
のようにして使用する。図１に示す加熱媒体供給タンク
１１から高温の加熱媒体をコア型１の放吸熱管１５に導
入し、おなじようにキャビ型２中の放吸熱管１５に導入
し、図３に示す型空間１７内を短時間で均一の高温状態
にする。上記高温状態を保持しつつ、型空間１７に射出
機から熱可塑性樹脂とスキン層材とを射出充填する。充
填が完了した時点でドレインタンク１６に加熱媒体を排
出し、入路切り替えバルブ付きの合流管継ぎ手１３を操
作して入路を切り替え、冷却媒体供給タンク１２から低
温水を注入して短時間で型空間１７の温度を下げ、熱可
塑性樹脂を冷却する。この場合、各放吸熱管１５は、加
熱媒体供給タンク１１に対して複数本並列に接続されて
いるので、各放吸熱管１５の流路が短いため型の全面積
で所定温度に設定された高温で均一に加熱されることが
できる。成形後、型を冷却する場合も均一な所定の低温
で冷却されることができる。

【００１５】また図２に示すように、キャビ型２は、ニ
ッケル金属層１８を敷設したメタルドコンクリートモー
ルドを用い、放吸熱管１５をニッケル金属層１８の裏面
に埋設すると、放吸熱管１５とニッケル金属層１８との
間の伝熱距離が短くなり、ニッケル金属層１８は伝熱性
も高いことから、型空間１７内が急速加熱、急速冷却さ
れる。さらに、キャビ型２とコア型１とは成形時に結合
されるが、コア型１を流れる流路はキャビ型２内を通過
することがなく、また、キャビ型２内を流れる流路もコ
ア型１内を通過しない。したがって、型内の放吸熱管１
５の長さは、コア型１とキャビ型２で等しくなるから動
水圧は等しく、熱移動はバランスよく均一に行われる。
このように、本発明では、放吸熱管１５を直列につなげ
ないで並列に接続していることから、キャビ型面とコア
型面で型空間１７内の温度に偏りを起こさないでむらな
く熱移動させられるようになる。

【００１６】図４に、本発明にしたがった場合の温度変
化のグラフを示す。成形工程の１サイクルにおいて、先
ず、加熱媒体供給タンク１１から加熱媒体を吐出して、
放吸熱管１５を介してコア型１とキャビ型２の全体を昇
温する。この場合、放吸熱管１５が加熱媒体供給タンク
１１から分岐して、等間隔で並列に複数本配置されてい
るので、型内の各放吸熱管１５の長さは１つ１つが極め
て短くなっており、各放吸熱管１５の上流側から下降側
への熱伝達が早く、極めて短い昇温時間ｔ３で型全体が
所定の設定温度に達する。そして、所定の成形工程の経
過後、冷却工程において並列に配設された放吸熱管１５
に冷却媒体を流すと、同様に、極めて短い降温時間ｔ４
で型全体が所定の温度まで冷却される。従って、図８に
示す従来方式の成形工程に比べ、昇温時間がｔ３＜ｔ
１、降温時間がｔ４＜ｔ２となり、本発明によれば、急
角度で昇温し、また、急角度で降温し、従来装置の例え
ば半分以下の短時間で１サイクル工程が終了する。

【００１７】なお、図２に示すように、型面にニッケル
金属層を敷設したメタルドコンクリートモールドを用い
た場合、ニッケル金属層は伝熱速度が高く、しかも厚み
を薄くできるから、放吸熱管の熱をほとんど損失なく型
空間に短時間に送ることができる。したがって、放吸熱
管を本発明により並列接続することによって、昇温と降
温が極めて短時間で制御できることになるので、成形時
間の一層の短縮化が達成される。また、コア型の上流側
をキャビ型の下流側に合わせれば、型空間内を温度の偏
りなく均一にバランスよく管理できる。

【００１８】

【発明の効果】本発明は上記のような構成でなるから、
短時間に大量の熱移動が可能となるので、ヒートサイク
ル成形において、極めて短時間で成形作業を行うことが
でき、生産性のよい熱可塑性樹脂の成形加工方法および
成形装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる熱可塑性樹脂の成
形装置の概念図である。

【図２】本発明の実施の形態にかかる放吸熱管を埋設し
たキャビ型の断面図である。

【図３】放吸熱管を埋設したキャビ型の、図２のＡ−Ａ
線に沿う断面図である。

【図４】本発明にしたがった場合の型空間内温度変化を
示すグラフである。

【図５】ヒートサイクル成形法で、スキン層と熱可塑性
樹脂とを注入していく様子を示す断面図である。

【図６】通常のインジェクション成形法で、スキン層と
熱可塑性樹脂とを注入していく様子を示す断面図であ
る。

【図７】従来の熱可塑性樹脂のヒートサイクル成形装置
の概念図である。

【図８】図７の成形装置を用いた成形時の型空間内温度
変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１コア型２キャビ型３スキン層４熱可塑性樹脂１１加熱媒体供給タンク１２冷却媒体供給タンク１３合流管継ぎ手１４多方分岐管継ぎ手１５放吸熱管１６ドレインタンク１７型空間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】温度制御用の複数本の放吸熱管を埋設し
た型を用い、温度制御した型内空間に熱可塑性樹脂とス
キン層材とを同時に注入して次いで冷却し、スキン層で
表面を被覆した成形物を成形する熱可塑性樹脂の成形加
工方法において、上記放吸熱管には加熱媒体を並列路で流通させて成形
時、型内空間を温度制御することを特徴とする熱可塑性
樹脂の成形加工方法。
【請求項２】前記型は、型面にニッケル金属層を敷設
したメタルドコンクリートモールドを用い、前記放吸熱
管をニッケル金属層裏面に沿って埋設し、コア型の上流
側をキャビ型の下流側に合わせ、コア型の下流側をキャ
ビ型の上流側に合わせたことを特徴とする、請求項１に
記載の熱可塑性物の成形加工方法。
【請求項３】熱可塑性樹脂とスキン層材とを同時に注
入してスキン層で表面を被覆した成形物を成形する熱可
塑性樹脂成形型を含む成形装置であって、型内に放吸熱管が埋設されるとともに、この放吸熱管が
並列路を構成していることを特徴とする熱可塑性樹脂の
成形装置。
【請求項４】前記型は、型面にニッケル金属層を敷設
したメタルドコンクリートモールドを用い、前記放吸熱
管をニッケル金属層裏面に沿って埋設し、コア型の上流
側をキャビ型の下流側に合わせ、コア型の下流側をキャ
ビ型の上流側に合わせたことを特徴とする、請求項４に
記載の熱可塑性物の成形装置。