JP2017087589A - 成形用金型およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スチームチャンバーからキャビティ内にスチームをより均一に流すことができる成形用金型およびその製造方法を提供する。【解決手段】成形用金型２は、キャビティＫを形成する形成面２１を有した形成壁部２２と、キャビティＫとスチームチャンバーＣとを仕切るように、スチームチャンバーＣに面する位置に配置され、スチームチャンバーＣからスチームＳを導入する導入口２７が形成されたベース部２４と、を少なくとも備えている。形成壁部２２は、導入口２７から導入されたスチームＳがキャビティＫ内に流れるように、形成面２１を異なる方向に沿って分割した複数の分割壁部２５を有している。各分割壁部２５は、ベース部２４からキャビティＫに向かって延在する支持柱部２６により支持されている。【選択図】図３

Description

本発明は、予備発泡粒子から発泡成形体を好適に成形することができる成形用金型に関する。

従来から、発泡成形体は、樹脂粒子を予備発泡し、得られた予備発泡粒子を成形用金型に充填し、スチームで加熱して再度発泡させ、冷却水等を用いて冷却した後、これを成形用金型から離型することにより製造されるのが一般的である。

このような成形用金型として、例えば、特許文献１には、予備発泡粒子が充填されたキャビティと、キャビティ内にスチームを供給するスチームチャンバーとの間を仕切る仕切り壁を備えた成形用金型が提案されている。

この成形用金型の仕切り壁は、一方向に沿って並設された複数の棒状仕切部材を備えており、各棒状仕切部材は、キャビティを形成する形成面を有している。棒状仕切部材同士の間隔は、形成面側では予備発泡粒子の粒径よりも狭い間隔となり、形成面から遠ざかるに従って広い間隔となっている。

実公平６−５８７１号公報

しかしながら、特許文献１に係る成形用金型は、形成面を有した棒状仕切部材が、一方向に沿って並設されているため、スチームチャンバーのスチームは、棒状仕切部材の形成面同士の間の線状のスリットから、キャビティ内に流れることになる。

したがって、スチームチャンバーからキャビティ内へのスチームの流れが制限されてしまい、成形すべき発泡成形体の形状によっては、キャビティ内にスチームを均一に流すことが難しい場合も想定される。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スチームチャンバーからキャビティ内にスチームをより均一に流すことができる成形用金型およびその製造方法を提供することにある。

前記課題を鑑みて、本発明に係る成形用金型は、予備発泡粒子が充填されたキャビティ内に、スチームチャンバーからスチームを供給することにより、前記予備発泡粒子を発泡させて、発泡成形体を成形する成形用金型であり、該成形用金型は、前記キャビティを形成する形成面を有した形成壁部と、前記キャビティと前記スチームチャンバーとを仕切るように、該スチームチャンバーに面する位置に配置され、前記スチームチャンバーから前記スチームを導入する導入口が形成されたベース部と、を少なくとも備えており、前記形成壁部は、前記導入口から導入された前記スチームが前記キャビティ内に流れるように、前記形成面を異なる方向に沿って分割した複数の分割壁部を有しており、前記各分割壁部は、前記ベース部から前記キャビティに向かって延在する支持柱部を介して前記ベース部に支持されている。

本発明によれば、スチームチャンバーからのスチームを、ベース部の導入口から導入し、導入されたスチームを、形成壁部の分割壁部同士の間から、予備発泡粒子が充填されたキャビティ内に流すことができる。これにより、キャビティ内に充填された予備発泡粒子をさらに発泡させ、キャビティ内で発泡成形体を成形することができる。

ここで、分割壁部は、形成面を異なる方向に沿って分割した複数の部分で構成されるため、形成面に一方向に沿ってスチームが流れるスリットが形成された従来の成形用金型に比べて、分割壁部同士の間からキャビティ内にスチームをより均一に流すことができる。これにより、より均一に発泡した発泡成形体を得ることができる。

さらに、形成壁部を構成する各分割壁部は、支持柱部を介してベース部に支持されているので、形成壁部とベース部との間は、支持柱部により、空間が形成される。ベース部の導入口から導入されたスチームは、キャビティ内に流れ込む前に、一旦この空間に収容され、この空間内でスチームの圧力を安定させることができる。これにより、圧力が安定したスチームを分割壁部同士の間からキャビティ内に流すことができる。

より好ましい態様としては、前記支持柱部は、前記分割壁部から前記ベース部に向かって、先細の形状になっている。この態様によれば、支持柱部をこのような形状にすることにより、支持柱部同士の間隔が、ベース部から形成壁部に進むに従って狭くなる。これにより、ベース部から形成壁部に向かうスチームの流速を高めることができる。

より好ましい態様としては、前記支持柱部の側面に、凸部または凹部が形成されている。この態様によれば、支持柱部の側面に形成された凸部または凹部により、支持柱部の熱交換の効率を高めることができる。これにより、成形時には、支持柱部に入熱されたスチームの熱を、形成壁部の各分割壁部を介してキャビティ内の予備発泡粒子に迅速に伝達することができる。また、成形後には、発泡成形体の残熱を、形成壁部を介して支持柱部から迅速に放熱することができる。

より好ましい態様としては、前記ベース部には、複数の前記導入口が形成されており、各導入口は、隣接する前記支持柱部同士の間に形成されている。この態様によれば、ベース部に形成された複数の各導入口が、支持柱部同士の間に形成されているので、スチームチャンバーのスチームを、形成壁部に向かってより均一に流すことができる。

本明細書では、上述した成形用金型を好適に製造する成形用金型の製造方法をも開示する。本発明に係る成形用金型の製造方法は、前記ベース部に、前記支持柱部および前記分割壁部の形状に応じて、金属粉末を溶融または焼結することにより、前記成形用金型を製造する。

本発明によれば、支持柱部および分割壁部の形状に応じて、金属粉末を溶融または焼結するので、上述した複雑な形状の成形用金型であっても、これを容易に製造することができる。

本発明に係る成形用金型によれば、スチームチャンバーからキャビティ内にスチームをより均一に流すことができ、キャビティ内に充填された予備発泡粒子をより均一に発泡させることができる。さらに、本発明に係る成形用金型の製造方法によれば、このような成形用金型を容易に製造することができる。

本発明に係る成形用金型を備えた成形装置の模式的断面図である。 図１に示す成形用金型の平面図である。 図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。 図３のＢ−Ｂ線矢視断面図である。 （ａ），（ｂ）は、図３に示す成形用金型の支持柱部の変形例に係る断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、図３に示す成形用金型の製造方法の一例を説明するための図である。

以下に、本発明の実施形態に係る成形用金型およびその製造方法を、図面を参照しながら説明する。
１．成形装置１について
図１は、本発明に係る成形用金型２を備えた成形装置１の模式的断面図である。本実施形態に係る成形装置１は、熱可塑性樹脂からなる予備発泡した予備発泡粒子を、キャビティＫ内に充填し、キャビティＫ内にスチームＳを供給することにより、予備発泡粒子をスチームＳでさらに発泡させ、発泡成形体を製造する装置である。

なお、本実施形態では、説明の便宜上、図１において、可動型４Ａと固定型４Ｂとを同じ構造で示している。以下に可動型４Ａの構造を主に説明し、固定型４Ｂの各構成は、可動型４Ａのものと同じ符号を付して、可動型４Ａと相違する構成以外は、その詳細な説明を省略する。なお、可動型４Ａと固定型４Ｂのいずれか一方を雄型の構造にし、その他方を雄型に嵌る雌型の構造にしてもよい。

図１に示すように、本実施形態に係る成形装置１は、可動型４Ａと固定型４Ｂを備えている。可動型４Ａには、可動型４Ａが固定型４Ｂに対して相対的に直線移動するように、可動機構（図示ぜず）が取付けられている。

可動型４Ａを固定型４Ｂに向かって移動させることにより（図中の白抜き矢印参照）、成形装置１は型締めされ、成形用金型２にキャビティＫが形成される。一方、発泡成形体を成形した後、可動型４Ａを固定型４Ｂから離れるように移動させることにより、可動型４Ａから発泡成形体を離型することができる。

固定型４Ｂには、型締め後のキャビティＫ内に、予備発泡された予備発泡粒子を供給する樹脂供給管（図示せず）と、可動型４Ａから脱型後の発泡成形体を固定型４Ｂから押し出す離型ピン（図示せず）とがさらに設けられている。

以下に、可動型４Ａの詳細を説明する。図１に示すように、可動型４Ａは、キャビティＫを形成する形成面２１を有した成形用金型２と、成形用金型２を固定するフレーム５と、を備えている。成形用金型２をフレーム５に取付けることにより、固定型４Ｂ内に、スチームチャンバーＣが形成される。なお、キャビティＫを形成する形成面２１は、発泡成形体を成形する成形面である。

フレーム５には、スチームチャンバーＣ内にスチームＳを供給するスチーム供給管３１と、スチームチャンバーＣからスチームを排出する排出管３２と、が接続されている。さらに、フレーム５には、スチームチャンバーＣ内に冷却水Ｗを供給する冷却水供給管３３が接続されている。

２．成形用金型２について
以下に、図１に加えて図２〜図４をさらに参照して、本実施形態に係る成形用金型２を説明する。図２は、図１に示す成形用金型２の平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。図４は、図３のＢ−Ｂ線矢視断面図である。

図１および図２に示すように、本実施形態に係る成形用金型２は、金属製であり、成形装置１の型締め時にキャビティＫを形成する形成面２１を有した形成壁部２２を備えている。形成壁部２２は、形成面２１を異なる方向に沿って（図２では、紙面の上下方向と左右方向の２方向に沿って）分割した複数の矩形状の分割壁部２５からなる。

隣接する分割壁部２５同士は、スチームＳがキャビティＫ内に流れるように離間しており、これらの間には、スチームＳが通過することができ、予備発泡粒子の粒径よりも狭い隙間Ｆが形成されている。

図１および図３に示すように、本実施形態では、成形用金型２は、ベース部２４をさらに備えており、ベース部２４は、キャビティＫとスチームチャンバーＣとを仕切るように、スチームチャンバーＣに面する位置に、配置されている。図４に示すように、ベース部２４には、スチームチャンバーＣからスチームＳを導入する複数の導入口２７が形成され、各導入口２７は、円状の開口を有している。

形成壁部２２を構成する各分割壁部２５は、ベース部２４からキャビティＫに向かって延在する支持柱部２６を介して、ベース部２４に支持されている（図１参照）。これにより、形成壁部２２を構成する各分割壁部２５は、支持柱部２６を介してベース部２４に支持されているので、形成壁部２２とベース部２４との間は、空間Ｅが形成されている。

本実施形態では、各支持柱部２６は、分割壁部２５からベース部２４に向かって、先細の形状になっており（図３参照）、各支持柱部２６の断面は円状である（図４参照）。

さらに、ベース部２４に形成された各導入口２７は、隣接した支持柱部２６同士の間に形成されている。これにより、支持柱部２６，２６同士の間から、スチームチャンバーＣのスチームＳを、ベース部２４の複数の導入口２７を介して、形成壁部２２に向かってより均一に流すことができる。

３．発泡成形体の製造方法について
以下の、上述した図１〜図４を再び参照しながら、成形装置１を用いた発泡成形体の製造方法を説明し、本実施形態に係る成形用金型２の効果も合わせて説明する。

まず、可動型４Ａを固定型４Ｂに向かって移動させることにより（図１の白抜き矢印参照）、成形装置１は型締めされ、成形用金型２にキャビティＫを形成する。次に、固定型４Ｂの樹脂供給管（図示せず）から、キャビティＫ内に、予備発泡された予備発泡粒子を充填する。次に、スチーム供給管３１からスチームチャンバーＣ内に、スチームＳを供給する。

これにより、スチームチャンバーＣのスチームＳを、ベース部２４の複数の導入口２７から導入する。導入されたスチームＳは、形成壁部２２の分割壁部２５同士の間に形成された隙間ＦからキャビティＫ内に流れる。これにより、キャビティＫ内に充填された予備発泡粒子をさらに発泡させ、キャビティＫ内で発泡成形体を成形することができる。

ここで、図２に示すように、分割壁部２５は、形成面２１を異なる方向（２つの方向）に沿って分割した複数の部分で構成されているため、形成面２１の面上において、異なる方向に沿った隙間Ｆも形成される。

これにより、特許文献１に示すような従来の成形用金型に比べて、分割壁部２５同士の間に形成された隙間Ｆから、キャビティＫ内にスチームＳをより均一に流すことができる。このような結果、キャビティＫ内に充填された予備発泡粒子を均一に発泡させることができ、より均質な発泡成形体を得ることができる。

また、本実施形態では、図１および図３に示すように、成形用金型２内において、形成壁部２２とベース部２４との間は、支持柱部２６により、空間Ｅが形成される。これにより、ベース部２４の導入口２７から導入されたスチームＳは、キャビティＫ内に流れ込む前に、一旦この空間Ｅに収容され、この空間Ｅ内でスチームＳの圧力を安定させることができる。このような結果、空間Ｅ内で圧力が安定したスチームＳを、分割壁部２５同士の間に形成された隙間Ｆを介して、空間ＥからキャビティＫ内に流すことができる。

特に、本実施形態では、支持柱部２６を、分割壁部２５からベース部２４に向かって、先細の形状にしたので、支持柱部２６同士の間隔が、ベース部２４から形成壁部２２に進むに従って狭くなっている。これにより、ベース部２４から形成壁部２２に向かうスチームＳの流路は絞り形状となるので、この流路を流れるスチームＳの流速を高めることができる。

このようにして、キャビティＫ内で発泡成形体が成形された後、可動型４Ａおよび固定型４Ｂ内のスチームＳを排出管３２から排出する。次に、冷却水供給管３３から、スチームチャンバーＣ内に冷却水Ｗを流し、可動型４Ａおよび固定型４Ｂと共に、発泡成形体を冷却する。

冷却後の発泡成形体を、可動型４Ａを固定型４Ｂから離れるように移動させることにより、可動型４Ａから発泡成形体を離型する。次に、可動型４Ａから離型後の発泡成形体を離型ピン（図示せず）で、固定型４Ｂから押し出すことにより、発泡成形体を固定型４Ｂから離形する。これにより、成形装置１から発泡成形体を取り出すことができる。

４．その他の変形例
図５（ａ），（ｂ）は、図３に示す成形用金型２の支持柱部２６の変形例に係る断面図である。この変形例では、図５（ａ）に示すように、支持柱部２６Ａの側面に凸部２６ａが形成されている。この変形例では、凸部２６ａは、ベース部２４から形成壁部２２に向かう方向に連続した凸条である。この変形例では、凸部２６ａは凸条であるが、凸部が支持柱部２６Ａの周面に形成された突起であってもよい。

さらに、別の変形例として、図５（ｂ）に示すように、支持柱部２６Ｂの側面に凹部２６ｂを形成してもよい。この変形例では、凹部２６ｂは、ベース部２４から形成壁部２２に向かう方向に連続した凹溝である。この変形例では、凹部２６ｂは、凹溝であるが、凹部が、支持柱部２６Ｂに部分的に形成された窪みであってもよい。

いずれの変形例の場合であっても、図３に示す支持柱部２６に比べて、支持柱部２６Ａ，２６Ｂの表面積が大きくなるので、支持柱部２６Ａ，２６Ｂの熱交換の効率を高めることができる。

これにより、成形時には、支持柱部２６Ａ，２６Ｂに入熱されたスチームの熱を、形成壁部２２の各分割壁部２５を介してキャビティＫ内の予備発泡粒子に迅速に伝達することができる。また、成形後には、発泡成形体の残熱を、形成壁部２２を介して支持柱部２６Ａ，２６Ｂから冷却水Ｗに迅速に放熱することができる。

５．成形用金型２の製造方法について
以下に、図６（ａ）〜（ｄ）を参照しながら、本実施形態に係る成形用金型２の製造方法を説明する。図６（ａ）〜（ｄ）は、図３に示す成形用金型２の製造方法の一例を説明するための図である。本実施形態では、３Ｄプリンタを利用した付加製造法により、成形用金型２を製造する。

まず、図６（ａ）に示すように、ベース部２４の一部に相当するベースプレート２４ａを準備する。ベースプレート２４ａには、図４に示す位置に複数の導入口２７が形成されている。

次に、金属粉末に結合剤を混練したスラリー状の材料を準備し、この材料を、支持柱部２６の形状に応じて、３Ｄプリンタのノズルからベースプレート２４ａに向かって、厚さ方向に段階的に塗布する。段階的に塗布されたスラリー上の材料は、塗布と同時に固化し、図６（ｂ）に示すように、支持柱部２６の一部が形成される。

さらに、３Ｄプリンタで、残りの支持柱部２６の部分の形状、および、分割壁部２５の形状に応じて、スラリー状の材料を塗布し、ベースプレート２４ａに、支持柱部２６および分割壁部２５を一体的に成形（造形）する（図６（ｃ）参照）。

その後、支持柱部２６および分割壁部２５の形状が保持される温度条件で、支持柱部２６および分割壁部２５を加熱し、これらを構成する金属粉末を溶融または焼結し、放冷する。その後、放冷後の分割壁部２５の表面を必要に応じて研磨する。最後に、図６（ｄ）に示すように、ベースプレート２４ａに、金型用フレーム２４ｂを接合し、本実施形態に係る成形用金型２を得ることができる。

このように、本実施形態では、付加製造法を利用して、金属粉末を溶融または焼結することにより、成形用金型を製造するので、図６（ｄ）に示す如き、複雑な形状の支持柱部２６および分割壁部２５が形成された成形用金型２であっても、これを容易に製造することができる。

特に、図５（ａ），（ｂ）に示す、支持柱部２６Ａ，２６Ｂを備えた成形用金型は、機械加工等により製造し難いところ、本実施形態の如く製造すれば、このような形状の金型であっても容易に製造することができる。

また、この他の製造方法として、以下に示す方法で、成形用金型２を製造してもよい。具体的には、ベースプレート２４ａに金属粉末層を設け、金属粉末層に支持柱部２６の断面形状に応じて、金属粉末層にレーザを照射することにより、金属粉末層の金属粉末を部分的に溶融または焼結する。レーザを照射した金属粉末層の上にさらに金属粉末層を積層し、レーザでこの金属粉末層の金属粉末を部分的に溶融または焼結する。このような作業を繰り返すことにより、成形用金型２を製造してもよい。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１：成形装置、２：成形用金型、４Ａ：可動型、４Ｂ：固定型、５：フレーム、２１：形成面、２２：形成壁部、２４：ベース部、２４ａ：ベースプレート、２４ｂ：金型用フレーム、２５：分割壁部、２６，２６Ａ，２６Ｂ：支持柱部、２６ａ：凸部、２６ｂ：凹部、２７：導入口、３１：スチーム供給管、３２：排出管、３３：冷却水供給管、Ｃ：スチームチャンバー、Ｆ：隙間、Ｓ：スチーム、Ｗ：冷却水。

Claims (5)

1. 予備発泡粒子が充填されたキャビティ内に、スチームチャンバーからスチームを供給することにより、前記予備発泡粒子を発泡させて、発泡成形体を成形する成形用金型であり、
   該成形用金型は、前記キャビティを形成する形成面を有した形成壁部と、
   前記キャビティと前記スチームチャンバーとを仕切るように、該スチームチャンバーに面する位置に配置され、前記スチームチャンバーから前記スチームを導入する導入口が形成されたベース部と、を少なくとも備えており、
   前記形成壁部は、前記導入口から導入された前記スチームが前記キャビティ内に流れるように、前記形成面を異なる方向に沿って分割した複数の分割壁部を有しており、
   前記各分割壁部は、前記ベース部から前記キャビティに向かって延在する支持柱部を介して前記ベース部に支持されていることを特徴とする成形用金型。
2. 前記支持柱部は、前記分割壁部から前記ベース部に向かって、先細の形状になっていることを特徴とする請求項１に記載の成形用金型。
3. 前記支持柱部の側面には、凸部または凹部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の成形用金型。
4. 前記ベース部には、複数の前記導入口が形成されており、各導入口は、隣接する前記支持柱部同士の間に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の成形用金型。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の成形用金型の製造方法であって、
   前記ベース部に、前記支持柱部および前記分割壁部の形状に応じて、金属粉末を溶融または焼結することにより、前記成形用金型を製造することを特徴とする成形用金型の製造方法。

Images