JP2008194967A - 熱可塑性樹脂予備発泡粒子の型内発泡成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱ロスを低減するために蒸気室内に断熱構造を設けた成形型において、断熱構造の耐久性があり、且つ、成形型への設置が容易である熱可塑性樹脂予備発泡粒子の型内発泡成形装置を提供すること。
【解決手段】蒸気室を備えてなる成形型からなり、該蒸気室内面の少なくとも一部に断熱構造を備えてなる型内発泡成形装置であって、前記断熱構造が断熱板からなり、且つ、前記断熱板が、該断熱板と蒸気室内面の断熱板を設置する箇所を構成する金属材料の温度変化による線膨張率の違いによる寸法変化を吸収可能とする線膨張率吸収部を設け、蒸気室内面に設置することを特徴とする熱可塑性樹脂予備発泡粒子の型内発泡成形装置。
【選択図】図３

Description

熱可塑性樹脂予備発泡粒子を用いた型内発泡成形装置及び該装置を用いた熱可塑性樹脂発泡成形体の製造方法に関する。

一般的に熱可塑性樹脂予備発泡粒子から熱可塑性樹脂発泡体を得る方法としては、充填工程、加熱工程、冷却工程、離型工程の一連の工程を１サイクルとして連続して行なわれている。このような一連の工程において、熱可塑性樹脂発泡成形体を得るには、大量の蒸気が使用される。工業的には、この蒸気の使用量を削減しながらも、良好な発泡体を得ることが課題とされてきた。

この課題を解決するために、成形型の蒸気室の内面の一部又は全面に断熱用のコーティング材を被覆する方法がある。例えば、中空ビーズ構造のアルミノ珪酸ソーダガラスを含む熱硬化型水溶性樹脂を熱硬化させて蒸気室内に被覆層を形成する方法（特許文献１）や、ゴムライニング、シリコーンゴム、アクリルウレタン、エポキシ樹脂等の断熱用コーティング材の被覆が、放熱ロス低減できる技術として報告されている。

しかしながら、断熱用コーティング材の被覆については、コーティング初期においては期待する性能を発揮するものの、連続使用による経年劣化により、充分な性能発揮が出来なくなる。そのため、再コーティングを行なう必要があるが、剥離再施工が容易ではなく金額も高額である事から、適用頻度が減ってきているのが現状である。

また、金属からなる成形型の壁面に耐熱性重合体からなる断熱層及び金属層を順次積層し、該金型の端面部が該断熱層および該金属層からなる被覆層で被覆されている断熱成形型が報告されている（特許文献２）が、金属材料で構成される成形型に線膨張率の異なる断熱層を単独で積層した場合、温度変化による寸法変化に断熱層が対応出来ないという問題があった。

また、断熱層として一般的に使用される素材は、樹脂系発泡材料や無機系積層板が一般的であるが、樹脂系発泡材料については吸水率が高く経年劣化が早く、無機系積層板については、材質が硬く加工性が悪いという問題があった。
特開２００６−２１２８１４号公報 特開平９−２６２８３８号公報

本発明は上記内容に鑑みなされたものであり、放熱ロスを低減するために蒸気室内に断熱構造を設けた成形型において、断熱構造の耐久性があり、且つ、成形型への設置が容易である熱可塑性樹脂予備発泡粒子の型内発泡成形装置を提供するものである。

上記課題を解決する為に鋭意検討した結果、熱可塑性樹脂予備発泡粒子の型内発泡成形装置において、断熱構造として断熱板を採用し、且つ、断熱板と蒸気室内面の断熱板を設置する箇所を構成する金属材料の温度変化による線膨張率の違いによる寸法変化を吸収可能とする線膨張率吸収部と設けることによって、断熱板を蒸気室内面に設置することにより上記課題解決できることを見出し、本発明を実現するに至った。

すなわち本発明は、バックプレート、フレーム、センタープレート、型駒で構成される蒸気室をそれぞれ備えてなる第１の成形型と第２の成形型からなり、該蒸気室内面の少なくとも一部に断熱構造を備えてなる型内発泡成形装置であって、
前記断熱構造が断熱板からなり、且つ、前記断熱板が、該断熱板と蒸気室内面の断熱板を設置する箇所を構成する金属材料の温度変化による線膨張率の違いによる寸法変化を吸収可能とする線膨張率吸収部を設け、蒸気室内面に設置することを特徴とする熱可塑性樹脂予備発泡粒子の型内発泡成形装置に関する。

好ましい態様としては、
（１）蒸気室内面の断熱板を設置する箇所を構成する金属材料の線膨張率が１０×１０^−６／℃以上２５×１０^−６／℃以下であり、断熱板の線膨張率が１０×１０^−６／℃未満であること、
（２）前記断熱板が、耐熱温度２００℃以上、熱伝導率０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下、吸水率１％以下であること、
（３）前記断熱板が着脱可能であること、
（４）前記線膨張吸収部に、断熱加工を施すこと、
を特徴とする前記記載の熱可塑性樹脂予備発泡粒子の型内発泡成形装置に関する。

本発明の第２は、前記記載の熱可塑性樹脂予備発泡粒子の型内発泡成形装置を用いることを特徴とする熱可塑性樹脂発泡成形体の製造方法に関する。

本発明に係る、熱可塑性樹脂予備発泡粒子の型内発泡成形装置は、蒸気室内に断熱構造を備え、前記断熱構造が断熱板からなり、且つ、該断熱板と蒸気室内面の断熱板を設置する箇所を構成する金属材料の温度変化による線膨張率の違いによる寸法変化を吸収可能とする線膨張率吸収部を設けて前記断熱板を蒸気室内面に設置することで高温度下における金属材料と断熱板の寸法変化を吸収することが出来ることから、断熱構造を破損しにくい。従って、成形型に断熱用コーティング材を被覆した時と比べて、経年劣化に伴う、再施工を実施する必要がなく、また、劣化した場合においても劣化部分のみ必要に応じて交換することが可能となる。

更に、線膨張吸収部に断熱加工を施すことにより、より効率的な断熱効果を得ることが出来る。

本発明に係る熱可塑性樹脂予備発泡粒子の型内発泡成形装置は、バックプレート、フレーム、センタープレート、型駒で構成される蒸気室をそれぞれ備えてなる第１の成形型と第２の成形型からなり、該蒸気室内面の少なくとも一部に断熱構造を備えてなる型内発泡成形装置であり、前記断熱構造が断熱板からなり、且つ、前記断熱板が、該断熱板と蒸気室内面の断熱板を設置する箇所を構成する金属材料の温度変化による線膨張率の違いによる寸法変化を吸収可能とする線膨張率吸収部を設け、蒸気室内面に設置されることを特徴とするものである。

なお以下、第１の成形型を「固定型」と称し、固定型に備わっているバックプレート、センタープレート、型駒、フレームをそれぞれ、固定側バックプレート２、固定側センタープレート６、固定側型駒８、固定側フレーム４等のように称す場合がある。第２の成形型を「移動型」と称し、移動型に備わっているバックプレート、センタープレート、型駒、フレーム等をそれぞれ、移動側バックプレート１、移動側センタープレート５、移動側型駒７、移動側フレーム３等と称す場合がある。

一般的に、断熱板と成形型を構成する金属材料とでは、温度変化による線膨張率が異なるため、常温で蒸気室を構成する金属材料に断熱板を設置したときに両者が一体化していても、１５０℃程度の高温下に曝すとその線膨張率の違いにより寸法差が生じる。これを繰り返す型内発泡成形法においては、耐久性が問題となる。

高温下にて生じる寸法差に対応する為に、本発明においては、断熱板を蒸気室内面へ設置する際に、線膨張率吸収部３５を設ける。図４に、断熱板２２の水平方向での寸法変化に対応した線膨張率吸収部３５を設けた例を示している。

具体的に、線膨張率吸収部３５は、蒸気室内部において、断熱構造設置面の平面性を阻害する突起物、例えば、断熱板を固定する断熱板取り付けボルト３１や、成形型に設置してあるサポート２６、２７、離型ピン１２、充填フィラー１３等、との間に設けた隙間を言う。線膨張吸収部の大きさは、少なくとも、金属材料と断熱材の線膨張率の差から生じうる高温下での寸法差であればよく、使用する金属材料や断熱材の素材にもよるが、概ね１〜５ｍｍであることが好ましく、更に好ましくは１〜３ｍｍであることが更に好ましい。

断熱板の蒸気室内面への設置方法はボルトやネジを用いることが好ましい。ボルトやネジを用いて蒸気室内面に設置するため、断熱板が着脱可能となる。例えば、図４には、ボルトを使用した例を示しているが、このボルト３１は、両面ボルトタイプであり、ナット３２にて断熱板を固定している。また、図５には、ネジ３４を使用した例を示している。

また、断熱板は蒸気室内面に対して垂直方向にも寸法差が起こりうるため、ボルト３１にワッシャ３３を挟み込んで、ナット３２にて断熱板を固定することが好ましい。

これらボルト３１、ナット３２、ワッシャ３３、ネジ３４に好適な素材としては、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、グラッド鋼、鋳鉄等に代表される特殊鋼や、銅合金、アルミニウム、インコイル、チタン等に代表される一般的な金属材料等が挙げられるが、蒸気室内が蒸気、水に曝されるため、耐腐食性の高い材料を用いる事が好ましい。

また、断熱性能を高める為に線膨張率吸収部３５に断熱加工を施すことが好ましい。具体的には、線膨張率吸収部に、シリコーンゴム、アクリルウレタン、エポキシ樹脂等を用いてコーティングする等の公知の断熱加工を施す方法が挙げられる。また、断熱板取り付け部に相当する線膨張吸収部においては、図４や図５のように線膨張率吸収部の上部に断熱板取り付けシール部３０を設けることが好ましい。断熱板取り付けシール部３０に適用する素材としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルイミド、ポリフェニルサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ガラス繊維、ゾノライト系ケイ素カルシウム、セラミック粉末からなる熱硬化性積層板、無機質積層板等が挙げられる。断熱板と線膨張率が同じである素材が好ましい。

本発明において、断熱板２２としては、熱伝導率が０．１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましく、さらには０．０８Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。熱伝導率は、ＪＩＳ Ａ １４１２（熱流計法）に基づいて測定される値である。

また、断熱板は、耐熱性を有していることが好ましく、具体的には、耐熱温度としては前記蒸気の飽和温度以上であれば良いが、２００℃以上が好ましく、さらには２５０℃以上が好ましい。なお、ここで言う耐熱温度とは、破損・劣化等によって物理的、化学的性質を損なうことなく、使用可能な最高温度である。

断熱板の厚みとしては、５ｍｍ以下が好ましく、さらには３ｍｍ以下が好ましい。断熱板の吸水率としては、１％以下であることが好ましく、さらには０．５％以下であることが断熱板の経年劣化の面から有利である。本発明において吸水率は、以下のようにして求めることが出来る。即ち、断熱板から５０ｍｍ×５０ｍｍの大きさの試料を切り出し、該試料を温度２４±２℃、湿度２５±５％の恒温恒湿下に２４時間放置した後の試料の重量をＡｇとし、次に当該試料を温度８０±２℃、湿度９０±５％の恒温恒湿下に２４時間放置した後の試料の重量をＢｇとした時に次式で表したものである。
水分率（％）＝（Ｂ−Ａ）／Ｂ×１００

断熱板として使用される材料としては、合成樹脂、エラストマー、無機材料などの加工品が挙げられ、好ましくは、低吸水性、耐熱性にすぐれたもので、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂、ポリエチレンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、カーボン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルイミド、ポリフェニルサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ガラス繊維積層板、ゾノライト系ケイ素カルシウム積層板、セラミック粉末積層板またはこれらの複合材料などであり、これらを発泡したものでも良い。

その他の断熱板の物性、例えば、比重、圧縮強度、曲げ強度、熱膨張率については、その施工において問題が無ければ特に限定されるものではない。

本発明における型内発泡成形装置の第１の成形型と第２の成形型は、蒸気室内面の断熱板を設置する箇所を構成する金属材料の線膨張率が１０×１０^−６／℃以上、２５×１０^−６／℃以下であることが好ましく、断熱板の線膨張率は、１０×１０^−６／℃未満であることが好ましい。なお本発明で言う線膨張率とは、ＪＩＳ−Ｋ７１９７に基づいて測定された値である。

次に、線膨張率吸収部を設けて断熱板を蒸気室内面に設置した本発明の態様の一例を図３に示す。図３に示す型内発泡成形装置の第１の成形型と第２の成形型は、線膨張率１０×１０^−６／℃以上、２５×１０^−６／℃以下の金属材料によって構成されている。これに対し、断熱板２２、２３は線膨張率１０×１０^−６／℃未満のものを移動側蒸気室９、固定側蒸気室１２における全面に施工している。

移動側断熱板２２、固定側断熱板２３の具体的な施工部分としては、移動側センタープレート５の蒸気室側に施工した移動側断熱板２２−ｃ、固定側センタープレート６の蒸気室側に施工した固定側断熱板２３−ｃ、移動側バックプレート１の蒸気室側に施工した移動側断熱板２２−ａ、固定側バックプレート２の蒸気室側に施工した固定側断熱板２３−ａ、移動側フレーム３の蒸気室側に施工した移動側断熱板２２−ｂ、固定側フレーム４の蒸気室側に施工した固定側断熱板２３−ｂが挙げられる。

以上のような本発明の熱可塑性樹脂予備発泡粒子の型内発泡成形装置は、従来よりある型内発泡成形装置に替えて、型内発泡成形体の製造に用いることが出来る。型内発泡成形体の製造方法としては、公知の方法を用いることが出来、例えば、（１）充填工程、（２）加熱工程、（３）冷却工程、（４）離型工程、の一連の工程を１サイクルとした製造方法が挙げられる。

本発明に用いられる熱可塑性樹脂予備発泡粒子１９としては、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、スチレン改質ポリエチレン等のオレフィン系樹脂、スチレン系樹脂とオレフィン系樹脂の混合樹脂、ポリ乳酸系樹脂等の脂肪族ポリエステル系樹脂などが挙げられ、これらを単独で用いても良いし、複数を用いても良い。複数を用いる場合、成形空間１１を複数に分割することによって、２種類以上の熱可塑性樹脂予備発泡粒子を使用する方法がある。

本発明において用いる熱可塑性樹脂予備発泡粒子の特性としては、発泡倍率、結晶化構造、粒子径、粒子形状、粒子重量、予備発泡粒子の粒子内セル径、予備発泡粒子の色等が挙げられる。

熱可塑性樹脂予備発泡粒子の発泡倍率は、３〜９０倍が好ましく、更に好ましくは３〜６０倍である。熱可塑性樹脂予備発泡粒子の発泡倍率は、エタノール浸水体積（ｍｌ）を重量（ｇ）で割ったものに、ポリプロピレン系樹脂密度（ｇ／ｍｌ）を掛けたものである。また、粒子径は１〜１０ｍｍが好ましく、更に好ましくは２〜８ｍｍである。

次に本発明を実施例及び比較例に基づき説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例）
図３に示す第１の成形型と第２の成形型からなる成形装置において、移動側フレーム３、固定側フレーム４を構成する金属として、線膨張率１２×１０^−６／℃の鉄素材を用いた。第１の成形型の固定側バックプレート２、固定側センタープレート６、固定側型駒８、移動側サポート２７、第２の成形型の移動側バックプレート１、移動側センタープレート５、移動側型駒７、移動側サポート２６を構成する素材としては、線膨張率２３×１０^−６／℃のアルミニウム素材を用いた。

断熱板２２−ａ〜ｃ、断熱板２３−ａ〜ｃとしては、線膨張率７．４×１０^−６／℃、熱伝導率０．０８Ｗ／ｍ・Ｋ、耐熱温度５００℃、厚み５ｍｍの断熱積層板を使用した。吸水率０．１％であった。

側断熱板２２−ａ〜ｃ、２３−ａ〜ｃの施工方法としては、図４に示すように、ボルト３１、成形型に設置してあるサポート２６、２７、離型ピン１２、充填フィラー１３との間に線膨張率吸収部として２ｍｍの隙間を設けた。さらに、断熱性能を高める為に設けた断熱板取り付けシール部３０の素材としては、移動断熱板２２−ａ〜ｃ、２３−ａ〜ｃに用いたものと同素材を使用した。

また、ボルト３１に垂直方向の寸法変化を吸収するためのワッシャ３３として、スプリングワッシャを使用し、ナット３２にて断熱板を固定した。その他線膨張率吸収部３６については、シリコーンゴムを用いて防熱加工を実施した。

本発明における熱可塑性樹脂予備発泡粒子からの熱可塑性樹脂発泡体の製造方法としては、ポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子である（株）カネカ製のＬＢＳ３０（３０倍品、融点：１４５℃）を、空気加圧処理により空気を含浸させて０．１９〜０．２２ＭＰａの内圧を付与した後、成形空間１１に充填フィラー１３を通して充填した。

次に、成形空間１１を閉鎖系とし、固定側蒸気排出弁１６、移動側蒸気排出弁１７を閉とし、固定側蒸気供給弁１４と移動側蒸気供給弁１５を通じて予め設定した蒸気圧力で供給量の時間制御を行って蒸気を供給し、成形空間内に充填された熱可塑性樹脂予備発泡粒子１９を発泡、融着させた。この時の蒸気供給時間は１０秒であり、ピーク蒸気圧力は０．４０ＭＰａであった。

次に、冷却水弁供給ノズル２４、２５から冷却水を供給して、蒸気室を構成する移動側型駒７、固定側型駒８を介して熱可塑性樹脂発泡体を冷却した。この時の冷却水温度は４０℃であり、８０秒間の冷却を実施し、第１の成形型と第２の成形型を開き、離型ピン１２によって突き出し、成形体を離型させた。上記工程を１サイクルとする成形を連続して５０ショット成形した時の、成形１ショット当たりの平均蒸気使用量は１８ｋｇ／ショットであった。

成形後に蒸気室内部の確認を行ったところ、成形型に施工した断熱板２２−ａ〜ｃ、２３−ａ〜ｃに湾曲等の形状変化や破損、劣化は認められなかった。

（参考例）
実施例にて用いた成形装置において、断熱板２２−ａ〜ｃ、２３−ａ〜ｃを施工していない以外は、実施例と同様に成形を行った。成形を連続して５０ショット成形した時の、成形１ショット当たりの蒸気使用量は２３ｋｇ／ショットであった。

実施例と参考例を比較すると、断熱板２２−ａ〜ｃ、２３−ａ〜ｃを施工する事によって、２１．７％の蒸気使用量を削減する事が出来た。

型内発泡成形の各工程の説明図 型内発泡成形金型とフレームの断熱構造説明図 型内発泡成形金型とフレームの断熱構造説明図 型内発泡成形金型とフレームへの断熱板取り付け説明図 型内発泡成形金型とフレームへの断熱板取り付け説明図

符号の説明

１ 移動側バックプレート
２ 固定側バックプレート
３ 移動側フレーム
４ 固定側フレーム
５ 移動側センタープレート
６ 固定側センタープレート
７ 移動側型駒
８ 固定側型駒
９ 移動側蒸気室
１０ 固定側蒸気室
１１ 成形空間
１２ 離型ピン
１３ 充填フィラー
１４ 固定側蒸気供給弁
１５ 移動側蒸気供給弁
１６ 固定側蒸気排出弁
１７ 移動側蒸気排出弁
１８ 断熱板伸縮方向
１９ 熱可塑性樹脂予備発泡粒子
２０ 移動側冷却水供給弁
２１ 固定側冷却水供給弁
２２ 断熱板（移動側）
２３ 断熱板（固定側）
２４ 移動側蒸気供給ノズル
２５ 固定側蒸気供給ノズル
２６ サポート（移動側）
２７ サポート（固定側）
２８ 移動側冷却水供給ノズル
２９ 固定側冷却水供給ノズル
３０ 断熱板取り付けシール部
３１ ボルト
３２ ナット
３３ ワッシャ
３４ ネジ
３５ 断熱板取り付け部の線膨張率吸収部
３６ その他線膨張率吸収部

Claims (6)

1. バックプレート、フレーム、センタープレート、型駒で構成される蒸気室をそれぞれ備えてなる第１の成形型と第２の成形型からなり、該蒸気室内面の少なくとも一部に断熱構造を備えてなる型内発泡成形装置であって、
   前記断熱構造が断熱板からなり、且つ、前記断熱板が、該断熱板と蒸気室内面の断熱板を設置する箇所を構成する金属材料の温度変化による線膨張率の違いによる寸法変化を吸収可能とする線膨張率吸収部を設け、蒸気室内面に設置することを特徴とする熱可塑性樹脂予備発泡粒子の型内発泡成形装置。
2. 蒸気室内面の断熱板を設置する箇所を構成する金属材料の線膨張率が１０×１０^−６／℃以上２５×１０^−６／℃以下であり、断熱板の線膨張率が１０×１０^−６／℃未満であることを特徴とする請求項１記載の熱可塑性樹脂予備発泡粒子の型内発泡成形装置。
3. 前記断熱板が、耐熱温度２００℃以上、熱伝導率０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下、吸水率１％以下であることを特徴とする請求項１または２記載の熱可塑性樹脂予備発泡粒子の型内発泡成形装置。
4. 前記断熱板が着脱可能であることを特徴とする請求項１〜３何れか一項に記載の熱可塑性樹脂予備発泡粒子の型内発泡成形装置。
5. 前記線膨張吸収部に、断熱加工を施すことを特徴とする請求項１〜４何れか一項に記載の熱可塑性樹脂予備発泡粒子の型内発泡成形装置。
6. 請求項１〜５何れか一項に記載の熱可塑性樹脂予備発泡粒子の型内発泡成形装置を用いることを特徴とする熱可塑性樹脂発泡成形体の製造方法。

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