JP2018176473A - Foam formation molding die and method of the same - Google Patents
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Description
本発明は、発泡成形用金型およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a foam mold and a method of manufacturing the same.
予備発泡粒子(ビーズ)を発泡成形用のキャビティ内で発泡させて発泡成形品とすることが行われている。特許文献1や特許文献2等に記載されるように、そのような発泡成形には、図5に概略断面図を示すような発泡成形装置1が一般に用いられる。発泡成形装置1は、一対の発泡成形用金型2、3を有し、各発泡成形用金型2、3は、それぞれ機枠4、5に対して、互いに対向する姿勢で固定されている。各発泡成形用金型2、3には多数の蒸気孔6、7が形成されている。
It has been practiced to foam prefoamed particles (beads) in a foam molding cavity to form a foam. As described in Patent Document 1 and
図5に示すように、発泡成形用金型2、3が閉じた状態となることで、その間に発泡成形用の空間である成形用キャビティ10が形成される。そして、成形用キャビティ10内に、原料フィーダ11から予備発泡粒子が充填される。
As shown in FIG. 5, when the
発泡成形用金型2、3における、成形用キャビティ10を形成する成形面2a、3aおよびその裏面側である裏面2b、3bは、ともに平坦な面である。また、前記裏面2b、3bと機枠4、5との間は、蒸気室8、9とされている。そして、蒸気室8、9には、蒸気供給口12または13から加熱蒸気が供給される。供給された加熱蒸気は蒸気室8または9から成形用キャビティ10内に入り込み、成形用キャビティ10内に充填されている予備発泡粒子を発泡させ、また部分的に溶融させる。それにより、キャビティ10内には、発泡粒子が相互に融着した発泡成形体が成形される。
In the
その後、前記蒸気室8、9内に配設した水管14、15等から冷却水が蒸気室8、9内に給水され、該冷却水によって発泡成形用金型2、3が冷却される。また、必要に応じて、蒸気室8、9内を減圧して発泡成形用金型2、3の付着水やキャビティ10内の水分を蒸発させ、そのときの気化熱によって、発泡成形用金型2、3はキャビティ10内の発泡成形体とともに、さらに冷却される。冷却後に一対の発泡成形用金型2、3を開き、発泡成形体を取り出す。これにより、発泡成形の1サイクルが終了する。
Thereafter, cooling water is supplied into the
一方、適宜の立体模型を製造する技術として、非特許文献1に記載されるように、アーク溶接方式による3Dプリンタの開発が進み、実用化の域に達している。 On the other hand, as described in Non-Patent Document 1, development of a 3D printer by an arc welding method has progressed as a technique for manufacturing an appropriate three-dimensional model, and has reached a practical application area.
上記した通常の発泡成形サイクルにおいて、発泡成形用金型の冷却に要する時間は、予備発泡粒子の充填に要する時間や、充填した予備発泡粒子を加熱して発泡および相互融着させるのに要する時間と比べて、一般的に長い。1回の発泡成形サイクルに要する時間を短縮することが求められるが、長い金型冷却時間がネックとなり、時間短縮の要請に適切に答えられていないのが、現状である。 In the above-described normal foam molding cycle, the time required for cooling the foam mold is the time required for filling the pre-foamed particles, and the time required for heating the filled pre-foamed particles to cause foaming and mutual fusion. Generally longer than. Although it is required to reduce the time required for one foam molding cycle, the current situation is that the long mold cooling time is a bottleneck and the request for time reduction has not been adequately answered.
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、発泡成形用金型を備えた発泡成形装置において、発泡成形サイクルにおける発泡成形用金型の冷却に要する時間を短縮できるようにした発泡成形用金型、および該発泡成形用金型を備えた発泡成形装置を提供することを課題とする。また、そのような発泡成形用金型を製造する方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned situation, and in a foam molding apparatus provided with a foam molding mold, the foam which can shorten the time required for cooling the foam molding mold in the foam molding cycle. It is an object of the present invention to provide a molding die and a foam molding apparatus provided with the foam molding die. Another object of the present invention is to provide a method for producing such a foam molding die.
本発明による発泡成形用金型は、発泡成形装置で用いる発泡成形用金型であって、少なくとも成形用キャビティを形成する成形面の裏面側は、凸条が連続する面となっていることを特徴とする。 The mold for foam molding according to the present invention is a mold for foam molding used in a foam molding apparatus, and at least the back surface side of the molding surface forming the molding cavity is a surface on which the ridges are continuous. It features.
本発明による発泡成形用金型において、前記凸条の幅に特に制限はないが、好ましくは、1つの凸条の幅が1mm〜10mmである。 In the foam molding die according to the present invention, the width of the ridges is not particularly limited, but preferably the width of one ridge is 1 mm to 10 mm.
本発明による発泡成形装置は、少なくとも上記の発泡成形用金型を備えることを特徴とする。 The foam molding apparatus according to the present invention is characterized by comprising at least the above-described foam mold.
また、本発明による発泡成形用金型の製造方法は、製造工程の一部にアーク溶接方式による3Dプリンタを用いて造形する工程を含むことを特徴とする。 In addition, the method of manufacturing a foam molding die according to the present invention is characterized in that the manufacturing process includes a step of forming using a 3D printer by an arc welding method.
本発明による発泡成形用金型は、少なくとも成形用キャビティを形成する成形面の裏面側は、凸条が連続する面となっている。そのために、前記裏面が単に平坦な面とされた発泡成形用金型と比較して、例えば冷却水である冷媒と接触する面積が大きくなる。それにより、従来の裏面が単に平坦な面とされた発泡成形用金型と比較して、冷却に要する時間を短縮することができ、結果、本発明による発泡成形用金型を備えた発泡成形装置では、1回の発泡成形サイクルに要する時間を、従来の装置と比較して短縮することができるようになる。 In the foam molding die according to the present invention, at least the back surface side of the molding surface forming the molding cavity is a surface on which the convex streaks are continuous. For this reason, the area in contact with the coolant, which is, for example, cooling water, is increased as compared with the foam molding mold in which the back surface is simply a flat surface. As a result, the time required for cooling can be shortened as compared with the conventional mold for foam molding in which the back surface is simply a flat surface, and as a result, the foam molding provided with the foam mold according to the present invention The device allows the time required for a single foam molding cycle to be reduced compared to conventional devices.
また、一般に、アーク溶接方式による3Dプリンタで立体模型を造形する場合、造形された立体模型は、全体として横断面が凸をなす凸条部(ビード)が多列に積層した形状となる。したがって、本発明による発泡成形用金型の製造手段としてアーク溶接方式による3Dプリンタを用いることで、容易かつ安価に、凸条が連続する面を備えた発泡成形用金型を製造することが可能となる。 In general, when forming a three-dimensional model with a 3D printer by the arc welding method, the formed three-dimensional model has a shape in which convex streaks (beads) having a convex cross section as a whole are stacked in multiple rows. Therefore, by using the arc welding method 3D printer as a means for producing the foam molding die according to the present invention, it is possible to easily and inexpensively produce the foam molding die having a surface in which the ridges are continuous. It becomes.
以下、本発明による発泡成形用金型と発泡成形装置および発泡成形用金型の製造方法の一実施の形態を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of a foam molding die, a foam molding apparatus and a method of manufacturing the foam molding according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明による発泡成形用金型の一実施の形態を、断面を伴う斜視図で示している。この発泡成形用金型30は、図5に基づき説明した発泡成形用金型2、3のうちの、一方の発泡成形用金型3に相当するものであり、全体として薄肉状の金属製品である。説明は省略するが、対をなすもう一方の発泡成形用金型2についても、発泡成形用金型30の場合と同様に、本発明の技術事項を適用することができる。
FIG. 1 shows an embodiment of a foam mold according to the invention in a perspective view with a cross section. The
この例において、発泡成形用金型30は、前記した成形用キャビティ10の一方側を形成する凹部を有し、該凹部は、平面状の底面31とその4周から立ち上がる周側壁32とで構成される。前記周側壁32の上端からは取付用フランジ33が外側に延出している。
In this example, the
前記凹部を形成する底面31と周側壁32の内側面である成形面3aと外側面である裏面3bは、いずれも平坦な面ではなく、その表面には、横幅が1mm〜3mm程度である多数本の凸条20が列をなす状態で形成されている。前記取付用フランジ33の表裏面は平坦な面である。また、底面31と周側壁32には、適数個の貫通孔が蒸気孔7として形成されている。
The
上記の発泡成形用金型30を、図5で説明した、通常の発泡成形装置1の発泡成形用金型3に変えて取り付ける。また、図示しないが、もう一方の発泡成形用金型2の成形面2aと裏面2bに同じようにして多数本の凸条20を形成した発泡成形用金型30A(図示を省略)を、発泡成形用金型2に替えて取り付ける。その状態で、従来法と同様にして、発泡成形を行う。
The above-described
上記の発泡成形用金型30,30Aを備えた発泡成形装置において、予備発泡粒子を充填する工程と、充填した予備発泡粒子を加熱して発泡および相互融着する工程は、従来の発泡成形装置と同様にして行うことができる。それらに要する時間も同じである。本発明による発泡成形用金型30,30Aを備えた発泡成形装置において、次の金型を冷却する工程に要する時間が短縮される。
In the foam molding apparatus provided with the above-described
すなわち、冷却サイクルで冷却水等の冷媒に接触する面、すなわち、発泡成形用金型30の裏面3bおよび発泡成形用金型30Aの裏面の表面積は、裏面が平坦な面である従来の発泡成形用金型2、3の裏面の表面積よりも、凸条20の曲面部の表面積と底面積との差分だけ広くなっている。そのために、発泡成形用金型30、30Aおよび発泡成形品の冷却に要する時間を短縮することが可能となる。この時間短縮分だけ、発泡成形サイクルの短縮化が可能となる。場合によっては、一方の成形用金型、例えば図5での成形用金型3のみを、図1に示した凸条20を備えた形状の発泡成形用金型30とし、他方の成形用金型2は、従来形状の金型、すなわち凸条20を備えない形状の発泡成形用金型2として、発泡成形を行うこともできる。
That is, the surface that comes in contact with a coolant such as cooling water in the cooling cycle, that is, the surface area of the
発泡成形用金型において、凸条20の横幅に特に制限はないが、1mm〜10mmであることは実際的である。横幅1mm未満の凸条は製造が困難であり、横幅10mmを超える凸条は冷却効果に影響を与えるように表面積の増加が得られない。なお、凸条のすべてが同じ横幅のものであってもよく、異なった横幅のものが混じっていても差し支えない。発泡成形に用いる樹脂種や発泡成形品の形状等に応じで、実験的に最適なものを、設定すればよい。凸条20の横断面形状は、円の一部や楕円の一部ように滑らかな曲線であることが好ましい。凸条20の高さは、2mm〜3mm程度が好ましい。
In the foam mold, the width of the
図1に示した発泡成形用金型30を用いる場合には、成形される発泡成形品の表面は、凸条20を転写した凹条を有したものとなる。表面が平坦な発泡成形品を希望する場合には、図2に示すように、成形用キャビティ10の成形面となる内側面3aを平坦な面とした発泡成形用金型30を用いるようにする。
In the case of using the
図1および図2に示した発泡成形用金型30は、適宜の方法で製造することができる。従来の表裏面が平坦な面となっている発泡成形用金型2、3に対して、必要な個所に切削等の機械加工を後加工で施して、凸条20を形成するようにしてもよい。他の好適な製造方法は、アーク溶接方式による3Dプリンタを用いる製造方法である。
The
図3は、アーク溶接方式による3Dプリンタ50の作動原理を説明している。図示のように、送給装置から連続的に供給される直径1mm程度の金属ワイヤ51をシールドガスが送給されている溶接トーチ52内に送り込む。金属ワイヤ51に溶接電源53によりプラスの電位をかけ、下方にあるサブストレート54との間にアーク放電を発生させる。放電による熱で金属ワイヤ51が溶融し、サブストレート54の上に滴下する。NC制御により、溶接トーチ52を適切に動かすことで、溶融滴下した金属は、サブストレート54の上に、線状の軌跡(ビード)を描くようになる。このビードを多段に積層することにより、立体模型が造形される。
FIG. 3 illustrates the operating principle of the arc welding
上記のアーク溶接方式による3Dプリンタ50を用い、かつ造形する形状に応じた制御プログラムを作成して、NC制御により溶接トーチ52を適切に動かすことで、発泡成形用金型を立体的に造形することができる。そこで造形品は、前記のように、線状のビードの積層体であることから、造形品の表面と裏面は、多数の凸条が列状の連続した面となっている。このビードによって形成される凸条を、そのまま、前記しかつ図1に示した発泡成形用金型30における成形面3aおよび裏面3bでの凸条20として利用できる。
By using the
造形技術上、取付用フランジ33を同時成形できない場合には、平面状の底面31とその4周から立ち上がる周側壁32とを造形したものに対して、取付用フランジ33を溶着等によって後付することもできる。また、図2に示した、成形用キャビティ10の成形面となる内側面3aが平坦な面とされた発泡成形用金型とする場合には、3Dプリンタ50による造形後に、内側面3aに対して機械的研削を施して、平坦な面とすればよい。
If the mounting
図4は、図1に示した発泡成形用金型30をアーク溶接方式による3Dプリンタ50を用いて製造(造形)する場合の、他の例を示している。ここでは、最初に、サブストレート54の上に、平板状の部材を縦方向に造形する。この平板状の部材は発泡成形用金型30での前記底面31に相当する部材である。次に、平板状の部材を水平に配置し、これをサブストレート54として利用し、その周囲に、アーク溶接によるビードを連続的に積層していく。このビードの積層体が、発泡成形用金型30での前記周側面32に相当する部材となる。
FIG. 4 shows another example in which the
なお、いずれの製造方法による場合にも、造形後に、底面31および周側面32に必要な蒸気孔の穿設作業を行うことで、発泡成形用金型30とされる。
In any of the manufacturing methods, after forming, by performing the drilling operation of the steam holes necessary for the
アーク溶接方式による3Dプリンタにおいて、金属ワイヤ51である造形金属としては、軟鋼、ステンレス、インコネル、SKD61、チタン、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル合金等が、一般に用いられるが、発泡成形用金型の造形用には、アルミニウムのような金属が好適である。
In the 3D printer by the arc welding method, mild steel, stainless steel, inconel, SKD61, titanium, aluminum, magnesium, nickel alloy, etc. are generally used as a forming metal which is the
実際に、アーク溶接方式による3Dプリンタを用い、造形用金属としてアルミニウムを使用して、300mm×200mm×200mmの直方体形状のキャビティを有する成形型を作製した。なお、成形用キャビティを形成する成形面の裏面側は、凸条が連続する面(1つの凸条の幅が2mm)とし、成形面は研磨面とした。 In fact, using a 3D printer by an arc welding method and using aluminum as a forming metal, a mold having a 300 mm × 200 mm × 200 mm rectangular parallelepiped cavity was produced. In addition, the back surface side of the molding surface which forms the cavity for shaping | molding was made into the surface (The width | variety of one convex strip is 2 mm) which made the convex line continuous, and made the molding surface the grinding | polishing surface.
作製した成形型を備えた発泡ビーズ自動成形機(積水工機製作所社製 商品名「エース3型」)のキャビティ内にポリスチレン系樹脂予備発泡粒子(60倍)を充填し、ゲージ圧0.040MPaの水蒸気で、一方加熱4秒、逆一方加熱4秒、両面加熱3秒(合計加熱時間11秒)の加熱成形を行った。次に、前記金型のキャビティ内の発泡体を10秒間水冷した後、減圧下にて40秒放冷(冷却工程)して発泡成形体を得た(成形サイクル90秒)。
A pre-expanded polystyrene resin particle (60 times) is filled in the cavity of an automatic foam bead molding machine (manufactured by Sekisui Koki Mfg. Co., Ltd., trade name "
一方、一般的な鋳物金型を用いて、前記発泡成形体と同質(外観)の発泡成形体を得るためには、一方加熱4秒、逆一方加熱4秒、両面加熱12秒(合計加熱時間20秒)の加熱成形を行い、金型のキャビティ内の発泡体を10秒間水冷した後、減圧下にて60秒の放冷(冷却工程)を要した(成形サイクル120秒)。
On the other hand, in order to obtain a foamed molded product of the same quality (appearance) as the foamed molded product using a general casting mold, one-sided heating 4 seconds, opposite one-sided heating 4 seconds, double-
上記のことから、本発明の発泡成形用金型を用いることにより、成形サイクルの改善を図ることができることが確認された。 From the above, it was confirmed that the molding cycle can be improved by using the foam molding die of the present invention.
1…発泡成形装置、
2,3…発泡成形用金型、
8、9…蒸気室、
10…成形用キャビティ、
11…原料フィーダ、
30…本発明による発泡成形用金型、
3a…内側面である成形面、
3b…成形面の裏面側、
31…底面31、
32…周側壁、
33…取付用フランジ、
20…少なくとも成形用キャビティを形成する成形面の裏面側に形成される凸条、
50…アーク溶接方式による3Dプリンタ、
51…金属ワイヤ、
52…溶接トーチ、
53…溶接電源、
54…サブストレート。
1 ... foam molding device,
2, 3 ... Mold for foam molding,
8, 9 ... steam room,
10 ... molding cavity,
11 ... Raw material feeder,
30. Mold for foam molding according to the present invention,
3a ... molding surface which is the inner side,
3b ... back side of molding surface,
31 ... bottom 31,
32 ... peripheral side wall,
33 ... Mounting flange,
20 ... a ridge formed on the back side of the molding surface forming at least the molding cavity,
50 ... 3D printer by arc welding method,
51 ... metal wire,
52: Welding torch,
53 ... welding power supply,
54 ... substrate.
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WO2020059600A1 (en) | 2018-09-20 | 2020-03-26 | 株式会社Nrlファーマ | Agent and composition for improving intrauterine bacterial flora, and method for determining whether intrauterine bacterial flora has been improved or normalized |
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