JP3814956B2 - 熱可塑性樹脂発泡体の成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂等、熱可塑性樹脂の発泡成形方法に関するものであり、更に詳しくは、ビーズ法による型内発泡成形方法による熱可塑性樹脂発泡体の成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような熱可塑性樹脂発泡体の成形方法、すなわち、ビーズ法による型内発泡成形方法は、（１）充填工程、（２）加熱工程、（３）冷却工程、（４）離型工程、といった一連の工程を１サイクルとして連続的に行われている。前記（１）充填工程では、必要に応じて予備発泡させた発泡性樹脂ビーズを雌型、雄型で構成される金型の成形空間内へ充填し、前記（２）加熱工程では、前記金型成形空間内に充填された樹脂ビーズを、金型に導入される加熱媒体により加熱して、発泡、融着を行う。一般的には、この（２）加熱工程において樹脂ビーズの発泡と融着を行うための加熱媒体としては、例えば飽和水蒸気が使用されており、（２）加熱工程では、雄型と雌型を構成する移動側と固定側との各々の金型蒸気室に供給された蒸気の圧力を２次圧力として検知しながら、成形品の品質要求に適合するように加熱時の蒸気の圧力と加熱時間を設定して、自動的に成形を行っている。この（２）加熱工程は、更に、一方加熱、逆一方加熱、両面加熱（本加熱）といった細かい加熱工程に別れており、これらの各加熱工程での加熱の方法、すなわち、金型への蒸気の供給量の制御方法が、樹脂ビーズの発泡と融着、更には１サイクルの成形時間の長短に重要な役割を果たしており、従来から多くの提案がなされている。
【０００３】
例えば、特開昭６２−２１６７３４号公報には、金型蒸気室に供給する蒸気に脈動を与えるように蒸気弁の制御方法を工夫することで、成形サイクルを短縮化でき、かつ、均一な融着が行なわれ、しかも加熱媒体の消費量を少なくすることができると記載されている。また、特開昭６１−１７１３２６号公報には、加熱工程での加熱方法として、先ず固定側から移動側に飽和水蒸気を流す一方加熱と、続いて移動側から固定側に蒸気を流す逆一方加熱と、それに続いて固定側と移動側の圧力を一定に保つ両面加熱といった、各加熱工程での蒸気圧の設定を、各々の工程が要求する個別の圧力に制御することで、高品質の成形品を得ることができ、かつ、使用する蒸気量を節約することができる、と記載されている。
【０００４】
ところが、前記のような従来の技術では、いずれの場合においても、設備化された蒸気弁や制御の方法を十分には生かしきれておらず、発泡成形に必要な加熱の行うために過剰な設備を必要としている。すなわち、特開昭６２−２１６７３４号公報に記載の方法では、加熱蒸気に脈動を与えることで金型成形空間内の樹脂ピーズに出来るかぎり満遍なく蒸気が行き渡るようにすることに主眼がおかれており、蒸気を短時間で金型内に供給することには成功していない。また、一方加熱や逆一方加熱の場合には、金型蒸気室の設定圧力は、両面加熱時の設定圧力に較べて相当に低く、例えば、一方加熱；０．２ｋｇ／ｃｍ² Ｇ、逆一方加熱；０．４ｋｇ／ｃｍ² Ｇに対して、両面加熱；０．７ｋｇ／ｃｍ² Ｇといった具合である。このため、特開昭６１−１７１３２６号公報に記載の方法では、例えば前記の如く３種類の圧力の設定を行うには、それぞれの加熱段階に応じてそれぞれ個別の圧力調節設備を必要とすることから、設備が複雑となり、コスト高となるだけでなく、設備の保全も面倒となる。更に、一方加熱や逆一方加熱では、蒸気弁の開度は常に１００％近くとなり、金型に供給される蒸気量は多い。ところが、両面加熱の場合、蒸気室の圧力が設定値に近づいてゆくと、蒸気弁は金型蒸気圧が設定値を越えることのないように制御しようと作動して蒸気弁の開度が設定値に到達する以前から徐々に減少して供給される蒸気量が減少してゆき、結果として、金型蒸気室の圧力が設定値に達するまでの時間が長くなってしまい、成形サイクルを短縮するという期待した効果が必ずしも得られていないのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上記のような熱可塑性樹脂発泡体の型内成形方法に鑑み、加熱時の温度上昇速度を向上させて成形サイクルを短縮化可能な成形方法を提供せんとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的達成のため、加熱媒体である飽和水蒸気の性質から、熱可塑性樹脂粒子を発泡・融着させるための適切な温度は、蒸気室内の蒸気の圧力と相関があるため、加熱工程、特に両面加熱の初期において金型に供給される蒸気の圧力を急激に上昇させることが、成形に必要な金型温度、すなわち、熱可塑性樹脂粒子の温度を早く上げることになり、結果として成形サイクルを短縮する結果となる、と考えた。そして、この点について、鋭意研究を重ねた結果、加熱工程の初期、特に、両面加熱の初期のある一定時間には、蒸気弁を全開として蒸気を供給し、その後、成形品の品質要求に適合するように予め設定された一定値に制御することにより、熱可塑性樹脂発泡体の成形方法における蒸気加熱時間を大幅に短縮し、成形サイクルの短縮化を達成した。
【０００７】
即ち、本発明に係る熱可塑性樹脂発泡体の型内発泡成形方法は、両面加熱の工程で加熱時に金型に供給する蒸気の圧力設定を２段階とし、かつ１段目の設定値を２段目の設定値よりも大とし、加熱の初期には１段目の設定値で金型へ蒸気を供給し、次いで２段目の設定値に切り換えて金型へ蒸気を供給することにより、金型への蒸気の供給量を、両面加熱の初期には多量に供給し、次いで予め設定された目標とする蒸気圧での供給量の制御により両面加熱を行うことを特徴とするものである。これにより、両面加熱の初期には瞬間的に多量に供給して蒸気室内の蒸気圧を急上昇させ、次いで蒸気室の設定値に応じて蒸気の供給量を制御することができる。また、前記金型へ供給する蒸気圧の１段目から２段目への設定値の切り換えは、タイマーで行うことが好ましい。更に、前記１段目の蒸気圧の設定を高圧用のエアレギュレータで行い、２段目の蒸気圧の設定を低圧用のエアレギュレータで行うことが好ましい。
【０００８】
上記のような本発明に係る熱可塑性樹脂発泡体の成形方法は、既設の成形機を利用して実施することができる。具体的には、現在、生産活動を行っている成形機の蒸気弁に、従来使用している圧力調整用エアレギュレータに加えて、これよりも更に高圧用の圧力調整用エアレギュレータを並列に設けるとともに、前記従来のエアレギュレータ（低圧用）と、前記新たに追加した高圧用エアレギュレータとを切り換えるためのタイマーを設ければよい。すなわち、本発明の成形方法は、前記高圧用エアレギュレータとタイマーとを、固定側及び移動側の金型にそれぞれ１個ずつ新たに設けるだけで、既設の成形機で容易に実施することができる。これにより、従来においては、１つの圧力設定であったものを、両面加熱の工程において、高圧用エアレギュレータによる初期の１段目の圧力設定値と、低圧用エアレギュレータによる２段目の圧力設定値との２段に設定することができ、加熱時の金型への飽和水蒸気の供給量を、加熱の初期には瞬間的に多量に供給して蒸気室内の蒸気圧を急激に上昇させ、次いで蒸気室の設定値に制御して加熱を行うことができ、蒸気加熱時間を大幅に短縮することが可能となる。
【０００９】
【作用】
成形品の品質要求に合うように予め設定された両面加熱時の蒸気室の圧力が、例えば、スチレン系樹脂発泡体の成形時の設定圧力が０．７ｋｇ／ｃｍ² Ｇである場合、従来方法では、金型に供給される蒸気の圧力は両面加熱の当初から蒸気弁により０．７ｋｇ／ｃｍ² Ｇに制御されていたため、蒸気弁の開度は、蒸気室内の蒸気圧の上昇速度が前記目標とする設定値である０．７ｋｇ／ｃｍ² Ｇを越えることのないように、０．７ｋｇ／ｃｍ² Ｇに到達する以前から徐々に小さくなり、蒸気室内の圧力の上昇速度が抑制され、結果として設定圧力に達するまでの時間が長くなっていた。これに対し、本発明によれば、両面加熱初期の１段目の設定圧力を、目標とする設定圧力である０．７ｋｇ／ｃｍ² Ｇより高圧、例えば１．０ｋｇ／ｃｍ² Ｇとしておくことで、両面加熱の初期には、この１．０ｋｇ／ｃｍ² に設定された蒸気弁は略全開状態で、この蒸気弁を通じて金型内へ瞬間的に多量に水蒸気が供給され、金型内の蒸気圧が本来の目標である０．７ｋｇ／ｃｍ² Ｇの近傍まで急激に上昇する。次いで、蒸気弁の設定圧力が本来の目標値である０．７ｋｇ／ｃｍ² Ｇに切り換えられることで、両面加熱における金型蒸気圧が、成形品の品質要求に応じた０．７ｋｇ／ｃｍ² Ｇに維持される。このように、本発明の成形方法によれば、金型蒸気圧の設定圧への上昇時間が従来に較べて短縮され、結果として、１サイクルの工程全体の成形時間が短縮される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明を更に詳細に説明するが、これは本発明の単なる例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１１】
図１に示すものは、本発明に係る熱可塑性樹脂発泡体の成形方法を実施するための型内発泡成形機の概略図である。図中、符号１は成形用金型であり、該金型１は、移動側のコア金型10と固定側のキャビティ金型20とから構成されており、両金型10、20間で成形空間２が形成され、該成形空間２の背面側のコア金型10、及びキャビティ金型20のそれぞれには、蒸気室11、21が設けられている。各蒸気室11、21は、途中に蒸気調圧弁13、23を介して蒸気源４と蒸気配管12、22にて連通、連結されており、また、コア型蒸気室11、キャビティ側蒸気室21のそれぞれには、ドレン管81、82が連通、連結されている。更に、キャビティ金型20には、成形空間へ原料となる樹脂ビーズを充填するための充填機６や、図示しないエジェクトピン等が設けられている。
【００１２】
前記コア側蒸気配管12、キャビティ側蒸気配管22の途中にそれぞれ設けられた蒸気調圧弁13、23には、調圧手段14、24が設けられている。この調圧手段14、24には、コア側蒸気室11、及びキャビティ側蒸気室21から２次側圧力配管18、28により２次側蒸気が導入されるように構成するとともに、各調圧手段14、24は、弁開用空気源５に連結されている。そして、従来においては、各調圧手段14、24には、調圧空気源として圧力調整用エアレギュレータが、それぞれ１つずつ設けられており、２次側圧力配管18、28から導入される金型蒸気室11、21内の蒸気圧、及びエアレギュレータに予め設定された空気圧と、弁開用空気源５から供給される空気圧とで蒸気調圧弁13、23の開度が調整されて金型蒸気室11、21内への水蒸気の供給量が調整されていた。これに対して、本発明においては、図例の如く、調圧手段14、24に三方切換弁15、25を連設するとともに、該三方切換弁15、25のそれぞれに、１段目の蒸気圧の設定を行う高圧用エアレギュレータ16、26と、２段目の蒸気圧の設定を行う低圧用エアレギュレータ17、27とをそれぞれ並列に設けるとともに、コア側の高圧用エアレギュレータ16と低圧用エアレギュレータ17、及びキャビティ側の高圧用エアレギュレータ26と低圧用エアレギュレータ27とを、それぞれタイマーＴ₁ 、Ｔ₂ にて切り換え可能に設けてなるものである。
【００１３】
上記の発泡成形機による本発明の可塑性樹脂発泡体の成形方法を簡単に説明すると、先ず、（１）充填工程では、コア金型10とキャビティ金型20とで形成される成形空間２内へ充填機６から樹脂ビーズを充填する。次に、（２）加熱工程では、キャビティ側ドレン管82を閉じる一方、コア側ドレン管81は開放した状態で、キャビティ側蒸気配管22からキャビティ側蒸気室21へ蒸気を供給して一方加熱を行う。次に、コア側ドレン管81を閉じる一方、キャビティ側ドレン管82は開放した状態で、コア側蒸気配管12からコア側蒸気室11へ蒸気を供給して逆一方加熱を行う。その後、コア側ドレン管 81及びキャビティ側ドレン管 82を両方とも閉じた状態で、コア側蒸気配管12及びキャビティ側蒸気配管22の両方から、それぞれコア側蒸気室11及びキャビティ側蒸気室21の両方へ同時に蒸気を供給して両面加熱を行うのであるが、この両面加熱の初期には、各蒸気配管12、22の途中に設けた蒸気調圧弁13、23は、それぞれの調圧手段14、24における三方切換弁15、25にそれぞれに並列に連結されたエアレギュレータ16、17、及び26、27のうちの金型設定蒸気圧より高圧に設定された高圧用エアレギュレータ16、26により制御され、蒸気調圧弁13、23が略全開の状態で蒸気源４からそれぞれの蒸気室11、21へ蒸気が供給されることで、加熱の初期には瞬間的に蒸気が多量に供給されて蒸気室11、21内の蒸気圧が急上昇する。次いで、タイマーＴ₁、Ｔ₂により設定された所定時間が経過すると、金型蒸気圧に設定された低圧用エアレギュレータ17、27にそれぞれ切り換えられ、各蒸気室11、21内が成形品の品質要求に適合するように予め設定された蒸気圧に到達するまで蒸気源４から引き続いて蒸気が供給される。その後、金型蒸気圧が設定値にある状態で所定時間、保熱を行う。次に、（３）冷却工程では、コア金型10、キャビティ金型20のそれぞれの蒸気室11、21内に設けた冷却水入口配管71、72から冷却水を成形空間２の背面側に散水して金型及び成形空間２内の成形品の水冷を行う。この水冷の後、ドレン管81、82を通じて蒸気室11、21内を減圧し、冷却水の気化潜熱を利用して、効果的に冷却する、いわゆる真空成形方法が行われる場合もある。そして、冷却後の（４）離型工程では、移動側金型であるコア金型10を後退させるとともに、図示しないエジェクトピンの作用により、成形品を成形空間２内から取り出す。
【００１４】
本発明に係る熱可塑性樹脂発泡体の成形方法は前記のようにして行われる。この図１に示す成形機を用い、ポリスチレン発泡体を成形するに際し、両面加熱時の設定圧力が０．７ｋｇ／ｃｍ² Ｇを必要とする場合において、高圧用エアレギュレータ16、26による両面加熱時の初期の設定圧力を１．０ｋｇ／ｃｍ² Ｇとし、タイマーＴ₁ 、Ｔ₂ で両面加熱の開始から２秒後に、低圧用エアレギュレータ17、27で設定した本来の両面加熱時の設定圧力である０．７ｋｇ／ｃｍ² Ｇに切り換えて成形を行ったところ、両面加熱時の初期から０．７ｋｇ／ｃｍ² Ｇに設定したままの従来方法の場合に較べて、両面加熱の時間を８秒から５秒に短縮することができた。
【００１５】
さらに、従来方法では一方加熱や逆一方加熱の合計時間は一般的に２０秒に設定されていたが、本発明の上記実施例では、両面加熱時の初期の蒸気室設定圧力が高くなり、両面加熱の初期の圧力上昇速度が早くなったため、一方加熱や逆一方加熱の合計時間を１０秒に短縮しても、所定の成形品品質が得られることが分かった。この結果、加熱工程における加熱時間の合計は、２８秒から１５秒に短縮することが可能となり、工業的に顕著な成形のハイサイクル化を達成し得た。
【００１６】
なお、本発明は上述した通りであるが、両面加熱の初期における蒸気の大量吹き込みには、次の（１）、（２）のような手段も考えられる。しかし、これらは、いずれも難点を有している。これに対し、上記した方法は、このような難点もなく、最もすぐれた方法である。
（１）使用する蒸気弁を容量の大きいものとして両面加熱の初期から大量の飽和水蒸気を供給することが考えられるが、その一方、設定圧力に応じた蒸気圧の細かいコントロールがしにくくなり、良好な調整が難しくなる傾向がある。
（２）上記のような高圧用エアレギュレータと低圧用エアレギュレータとの併用に変えて、蒸気弁の数を増やし、１段目では全ての蒸気弁を開放して瞬間的に多量の蒸気を供給し、２段目では一部の蒸気弁を閉じることで設定圧力に制御することで、エアレギュレータの場合と同様の効果を得ることもできる。但し、この場合には、制御が複雑となり、コスト高になる傾向がある。
これに対して、上記実施例では、既設の成形機に、圧力調整のための高圧用エアレギュレータと低圧用エアレギュレータとの２種のエアレギュレータと、これを切り換えるタイマーとを備えるだけで、極めて良好な成形サイクル短縮効果が得られる。この点は、同様の成形機を使用して熱可塑性樹脂発泡体の生産活動を行っている企業にとって、大きなメリットとなる。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る熱可塑性樹脂発泡体の成形方法によれば、加熱時間を大幅に短縮し、その結果、成形サイクルを短縮化して生産効率を著しく向上させることができる。しかも、この方法は、既存の成形機を利用して容易に実施することができ、工業的に大いに有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る熱可塑性樹脂発泡体の成形方法に用いる成形機の模式図である。
【符号の説明】
１：成形用金型、 ２：成形空間、
４：蒸気源、 ５：弁開用空気源、
10：コア金型、 11：コア側蒸気室、
12：コア側蒸気配管、 13：コア側蒸気調圧弁、
14：コア側調圧手段、 15：三方切換弁、
16：高圧用エアレギュレータ、 17：低圧用エアレギュレータ、
18：コア側２次圧力配管、
20：キャビティ金型、 21：キャビティ側蒸気室、
22：キャビティ側蒸気配管、 23：キャビティ側蒸気調圧弁、
24：キャビティ側調圧手段、 25：三方切換弁、
26：高圧用エアレギュレータ、 27：低圧用エアレギュレータ、
28：キャビティ側２次圧力配管、
71，72：冷却水入口配管、 81，82：ドレン管。

Claims (3)

1. 熱可塑性樹脂発泡体の型内発泡成形方法において、両面加熱の工程で加熱時に金型に供給する蒸気の圧力設定を２段階とし、かつ１段目の設定値を２段目の設定値よりも大とし、加熱の初期には１段目の設定値で金型へ蒸気を供給し、次いで２段目の設定値に切り換えて金型へ蒸気を供給することにより、金型への蒸気の供給量を、両面加熱の初期には多量に供給し、次いで予め設定された目標とする蒸気圧での供給量の制御により両面加熱を行うことを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体の成形方法。
2. 金型へ供給する蒸気圧の１段目から２段目への設定値の切り換えをタイマーにて行うことを特徴とする請求項１記載の成形方法。
3. １段目の蒸気圧の設定を高圧用のエアレギュレータで行い、２段目の蒸気圧の設定を低圧用のエアレギュレータで行うことを特徴とする請求項２記載の成形方法。

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