JP2019104135A - ビーズ法発泡合成樹脂成形用金型、及びビーズ法発泡合成樹脂成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】直接形成スリットにより蒸気孔を設けた金型を用いて行うビーズ法発泡合成樹脂成形品の製造において、省エネルギー化を図るとともに成形品の表面の美麗性をより高める。【解決手段】コア型２及びキャビティ型からなる一対の金型１により形成される成形空間に熱可塑性樹脂の発泡ビーズを充填し、前記発泡ビーズを蒸気で加熱して融着させ、冷却及び乾燥して所要形状の発泡合成樹脂の成形品を得るビーズ法発泡合成樹脂成形に用いる前記金型１であって、削り出し及び／又は鋳造により形成された立体形状の前記金型１の所要箇所に、前記金型１の内外に連通して前記蒸気を通すための、前記金型１自体に直接形成したスリット状の蒸気孔４，４，…を有し、前記スリット状の蒸気孔４，４，…の平均開口率を、０．５％以上１．０％以下にする。【選択図】図１

Description

本発明は、断熱容器、包装材等に使用されるビーズ法発泡合成樹脂を成形するための金型、及びそれを用いて発泡合成樹脂の成形品を製造するビーズ法発泡合成樹脂成形品の製造方法に関する。

ビーズ法発泡合成樹脂成形は、コア型（凸型）及びキャビティ型（凹型）からなる一対の金型により形成される成形空間（キャビティ）に熱可塑性樹脂の発泡ビーズを充填し、前記発泡ビーズを蒸気で加熱して融着させ、冷却及び乾燥して所要形状の成形品を得るものである。
前記一対の金型であるビーズ法発泡合成樹脂成形用金型は、外部から成形空間内への蒸気の供給、及び成形空間内からの外部への蒸気の排出をするために、金型の内外に連通する蒸気孔が必要である。そのため、金型表面に直交する方向へ多数のベントホール（コアベント取付孔）を形成して、これらのベントホールに、例えば外径が１０ｍｍで全長（高さ）が６ｍｍのキャップ状で、多数のスリット又は小穴が形成されたコアベント（ベント金具）を、金型表面（成形面）側が面一となるように取り付けたものが一般的に使用される（例えば、特許文献１の図８（ａ）及び（ｂ）、並びに図７（ａ）及び（ｂ）参照）。

前記コアベントのみにより前記蒸気孔を形成したビーズ法発泡合成樹脂成形用金型の他、前記金型の成形室の難充填部に樹脂ビーズを効率的かつ均一に充填するために、前記金型の基体部にはコアベントやキリ孔を設けるとともに、前記基体部に設けた原料充填器用穴から前記金型の難充填部の先端部に樹脂ビーズを導く方向に沿って、蒸気室と成形室を連通する整流スリットを延設してなるものがある（例えば、特許文献２参照）。
また、前記金型の製造コストを低減するために、前記コアベントを用いずに、削り出し及び／又は鋳造により形成された立体形状の前記金型の所要箇所に、前記金型の内外に連通して前記蒸気を通すための、前記金型自体に直接形成したスリット状の蒸気孔を設けたものがある（例えば、特許文献３参照）。

特開２０００−３１７９６８号公報 特許第６０５２４６３号公報 特開２０１５−２２７０５６号公報

特許文献２のビーズ法発泡合成樹脂成形用金型では、整流スリットの成形室側全開口面積÷成形室側全表面積×１００で定義する整流スリットの開口率は、用役導入・排出効果や金型の強度面から、３〜４０％とされる。
また、特許文献３には、スリット状の蒸気孔について、コアベントのみにより蒸気孔を形成したビーズ法発泡合成樹脂成形用金型と同等の蒸気孔開口率を持たせる場合の検討を行うとともに、蒸気孔開口率を容易に高めることができると記載されているのみである。特許文献３のビーズ法発泡合成樹脂成形用金型において、例えば図３のスリット状の蒸気孔の開口率は、部分的なものであり金型に形成したスリット状の蒸気孔全体の平均開口率ではない参考例ではあるが、約１．４％である。
特許文献２及び３のようなスリット状の蒸気孔を形成したビーズ法発泡合成樹脂成形用金型では、蒸気孔開口率を高めることに主眼を置いている。

本願の発明者らは、様々なスリット状の蒸気孔を直接形成したビーズ法発泡合成樹脂成形用金型（「直接形成スリットにより蒸気孔を設けた金型」）を用いて製造した発泡合成樹脂の成形品と、ベントホールにコアベント打ち込んで蒸気孔を設けたビーズ法発泡合成樹脂成形用金型（「コアベントにより蒸気孔を設けた金型」）を用いて製造した発泡合成樹脂の成形品とを比較した。
その結果、直接形成スリットにより蒸気孔を設けた金型は、コアベントにより蒸気孔を設けた金型よりも蒸気孔の平均開口率（蒸気孔の成形室側全開口面積÷成形室側全表面積×１００）を低くしても融着の悪化や強度の低下は無いことが分かった。
よって、直接形成スリットにより蒸気孔を設けた金型の平均開口率を低く設定することにより、省エネルギー化を図るとともに、スリット状の蒸気孔の数の低減及び／又はスリット状の蒸気孔の幅の縮小により、成形品の表面の美麗性をより高めるという知見を得た。

上述の背景に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、直接形成スリットにより蒸気孔を設けた金型を用いて行うビーズ法発泡合成樹脂成形品の製造において、省エネルギー化を図るとともに成形品の表面の美麗性をより高めることである。

本願の発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
〔１〕コア型及びキャビティ型からなる一対の金型により形成される成形空間に熱可塑性樹脂の発泡ビーズを充填し、前記発泡ビーズを蒸気で加熱して融着させ、冷却及び乾燥して所要形状の発泡合成樹脂の成形品を得るビーズ法発泡合成樹脂成形に用いる前記金型であって、
削り出し及び／又は鋳造により形成された立体形状の前記金型の所要箇所に、前記金型の内外に連通して前記蒸気を通すための、前記金型自体に直接形成したスリット状の蒸気孔を有し、
前記スリット状の蒸気孔の平均開口率は、０．５％以上１．０％以下であることを特徴とするビーズ法発泡合成樹脂成形用金型。

〔２〕前記〔１〕に記載のビーズ法発泡合成樹脂成形用金型により形成される成形空間に熱可塑性樹脂の発泡ビーズを充填し、前記発泡ビーズを蒸気で加熱して融着させ、冷却及び乾燥することにより所要形状の発泡合成樹脂の成形品を製造するビーズ法発泡合成樹脂成形品の製造方法。

本発明に係るビーズ法発泡合成樹脂成形用金型、及びビーズ法発泡合成樹脂成形品の製造方法によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）直接形成スリットにより蒸気孔を設けた金型を用いることにより、コアベントにより蒸気孔を設けた金型のようにベントホールを形成する金型の壁面とベントホールに打ち込むコアベントとの間の接触熱抵抗がなく、コアベントのスリット部のように肉厚が薄くないことから蒸気孔の壁面が蒸気に接触する面積が大きくなるので、金型を効率的に加熱できる。
（２）その上、金型の成形空間と反対側の面に、冷却水が滞留する窪みが無いことから、真空放冷中に金型温度が必要以上に低下しないので、金型温度を高めに維持できる。
（３）よって、スリット状の蒸気孔の平均開口率を低くしても融着の悪化や強度の低下は無く、少ない蒸気で金型を必要な温度まで加熱できるので、前記平均開口率を、０．５％以上１．０％以下とすることが可能となり、省エネルギー化を図ることができる。
（４）また、省エネルギー化を図る目的で融点の低い樹脂を使用しても、蒸気孔の壁面近傍に熱が溜まらないので、樹脂の固着が少なくなる。
（５）さらに、スリット状の蒸気孔の数の低減及び／又はスリット状の蒸気孔の幅の縮小により、成形品の表面の美麗性をより高めることができる。

本発明の実施の形態に係るビーズ法発泡合成樹脂成形用金型のコア型の斜視図である。 本発明の実施の形態に係るビーズ法発泡合成樹脂成形用金型のキャビティ型の斜視図である。 同じく平面図である。 金型に形成したスリット状の蒸気孔の例を示す要部拡大正面図である。 蒸気孔としてコアベントを用いた従来のビーズ法発泡合成樹脂成形用金型のコア型において、コアベントを打ち込む前の状態を示す斜視図である。 蒸気孔としてコアベントを用いた従来のビーズ法発泡合成樹脂成形用金型のキャビティ型において、コアベントを打ち込む前の状態を示す斜視図である。 同じく平面図である。 金型のベントホールにコアベントを打ち込んだ状態の例を示す要部拡大正面図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明の「スリット状の蒸気孔」とは、金型自体に直接形成した細い隙間状の蒸気孔であるので、金型に形成したベントホールに打ち込むためのコアベント等において、その成形空間側表面等に予め形成されているスリット状の蒸気孔等は含まない。

＜ビーズ法発泡合成樹脂成形用金型＞
本発明の実施の形態に係る、直接形成スリットにより蒸気孔を設けた金型であるビーズ法発泡合成樹脂成形用金型１は、図１の斜視図に示すコア型（凸型）２、並びに、図２Ａの斜視図及び図２Ｂ平面図に示すキャビティ型（凹型）３からなり、図示しない一般的な成形装置に取り付けて使用される。
ビーズ法発泡合成樹脂成形は、前記成形装置を用いて、コア型２及びキャビティ型３により形成される成形空間に、原料充填口５から熱可塑性樹脂の発泡ビーズを充填し、前記発泡ビーズを蒸気で加熱して融着させ、冷却及び乾燥した後に離型ピン用開口６から離型ピンを挿入して押し出すことにより、所要形状の発泡合成樹脂の成形品を得るものである。
金型に充填する発泡ビーズとは、発泡性ビーズを予備発泡して得られる予備発泡ビーズをも包含する概念である。
なお、図２Ａ及び図２Ｂの水抜き駒７は、成形品の底部分に穴を設けるための部品である。

ビーズ法発泡合成樹脂成形に用いる発泡合成樹脂としては、例えば発泡ポリオレフィン系樹脂又は発泡ポリスチレン系樹脂を用いる。
前記発泡合成樹脂が発泡ポリオレフィン系樹脂であると、ビーズ法発泡合成樹脂成形用金型１を用いて、強度や耐熱性に優れるとともに耐油性及び耐薬品性も有している成形品を成形できる。
また、前記発泡合成樹脂が発泡ポリスチレン系樹脂であると、ビーズ法発泡合成樹脂成形用金型１を用いて、断熱性や衝撃吸収性に優れるともに軽量で低コストな成形品を成形できる。

図１、図２Ａ及び図２Ｂに示す、直接形成スリットにより蒸気孔を設けた金型であるビーズ法発泡合成樹脂成形用金型１（コア型２及びキャビティ型３）は、例えばアルミニウム合金製であり、削り出し及び／又は鋳造により立体形状に形成されたものである。
本発明において、立体形状の金型を形成するについて、削り出し及び／又は鋳造というのは、削り出し単体の金型、部分的な削り出し部分を組み立ててなる金型、鋳造単体の金型、部分的な鋳造部分を組み立ててなる金型、削り出し部分と鋳造部分を組み立ててなる金型などを含んだ広い概念を意味している。

＜スリット状の蒸気孔＞
また、コア型２及びキャビティ型３には、それらの所要箇所に、内外に連通して蒸気を通すためのスリット状の蒸気孔４，４，…が直接形成される。このようなスリット状の蒸気孔４，４，…の形成は、ツールとしてメタルソーを取り付けたマシニングセンターによる切削加工、又はレーザ加工機若しくはワイヤ放電加工機による除去加工等により行う。
なお、スリット状の蒸気孔４，４，…は、コア型２及びキャビティ型３の所要箇所の外面側及び／又は内面側に形成される。
ここで、コア型２及びキャビティ型３の側面に配置されるスリット状の蒸気孔４，４，…は、金型の開閉方向に沿って設けられているので、成形品を金型中で成形した後、金型を開いて成形品を金型から離型する際などに、成形品表面が蒸気孔４，４，…中に食い込んで形成される蒸気孔痕が金型と擦れ合ってできる成形品表面の引っ掛かり傷が出来にくい。

図３の要部拡大正面図に一例を示すスリット状の蒸気孔４の幅Ａは０．１ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲、スリット状の蒸気孔４，４の間隔Ｂは１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲であり、スリット状の蒸気孔４の長さは２０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲である。
蒸気孔４，４の間隔Ｂは、等間隔であっても良く、不等間隔であっても良い。
本発明では、スリット状の蒸気孔４，４，…の平均開口率（蒸気孔４，４，…の成形室側全開口面積÷成形室側全表面積×１００（％））を、０．５％以上１．０％以下にしている。
前記平均開口率は、０．６％以上０．９％以下であるのがより好ましく、０．７％以上０．８％以下であるのが最も好ましい。

前記平均開口率の例を示すと、１００ｍｍ×１００ｍｍの正方形領域内に、
（１）幅Ａが０．３５ｍｍで長さが４８ｍｍのスリット状の蒸気孔４が３本で、前記平均開口率は０．５０４％、
（２）幅Ａが０．４ｍｍで長さが５０ｍｍのスリット状の蒸気孔４が３本で、前記平均開口率は０．６％、
（３）幅Ａが０．４ｍｍで長さが５０ｍｍのスリット状の蒸気孔４が４本で、前記平均開口率は０．８％、
（４）幅Ａが０．３ｍｍで長さが５０ｍｍのスリット状の蒸気孔４が６本で、前記平均開口率は０．９％、
（５）幅Ａが０．３５ｍｍで長さが４７ｍｍのスリット状の蒸気孔４が６本で、前記平均開口率は０．９８７％、
になる。

また、図１、図２Ａ及び図２Ｂのように、スリット状蒸気孔４，４，…が形成されたコア型２又はキャビティ型３において、スリット状蒸気孔４，４，…の周りには窪みが無い。よって、コア型２及びキャビティ型３により形成される成形空間と反対側の面に冷却水が滞留する窪みが無い。

＜直接形成スリットにより蒸気孔を設けた金型とコアベントにより蒸気孔を設けた金型との比較実験＞
次に、直接形成スリットにより蒸気孔を設けた金型を用いて製造した発泡合成樹脂の成形品と、コアベントにより蒸気孔を設けた金型を用いて製造した発泡合成樹脂の成形品とを比較した実験結果について説明する。

直接形成スリットにより蒸気孔を設けた金型であるビーズ法発泡合成樹脂成形用金型１（コア型２及びキャビティ型３）の一例は、図１の斜視図、図２Ａの斜視図及び図２Ｂの平面図のとおりである。
また、コアベントにより蒸気孔を設けた金型であるビーズ法発泡合成樹脂成形用金型１’（コア型２’及びキャビティ型３’）の一例は、コアベントを打ち込む前の状態を示す図４の斜視図、図５Ａの斜視図及び図５Ｂの平面図のとおりであり、図１の斜視図、図２Ａの斜視図及び図３Ｂの平面図と同一符号は、同一の部分又は部品を示している、
コアベントにより蒸気孔を設けた金型１’においては、図４のコア型２’のベントホール８，８，…、及び図５Ａのキャビティ型３’のベントホール８，８，…に，図６の要部拡大正面図のようにコアベント９，９，…を打ち込むことにより、蒸気孔を形成する。

（実施例及び比較例）
表１に示す成形条件で、表２に示す実施例１ないし７では直接形成スリットにより蒸気孔を設けた金型を用いて成形品を製造し、表２に示す比較例１ないし７ではコアベントにより蒸気孔を設けた金型を用いて成形品を製造し、実施例Ｎと比較例Ｎ（Ｎ＝１，２，３，…，７）との成形品サイズを同じにした。
なお、実施例３及び比較例３の成形品は、断熱容器の蓋であり、それ以外の成形品は断熱容器の容器本体である。

表２に示すように、蒸気孔の平均開口率（蒸気孔の成形室側全開口面積÷成形室側全表面積×１００（％））を、比較例に対して実施例は小さく設定した。
すなわち、実施例１ないし７では、蒸気孔（「直接形成スリット」）の平均開口率は、キャビティ型で０．６５％から１．００％、コア型で０．５９％から０．７７％である。
それらに対して比較例１ないし７では、蒸気孔（「コアベント」）の平均開口率は、キャビティ型で１．２７％から１．９４％、コア型で１．０５％から１．９０％である。

（実験結果：融着率）
成形品を破断して融着率を目視で確認した。
それにより、実施例１ないし７及び比較例１ないし７の全てにおいて、成形品に融着の悪化は無かった。

（実験結果：強度）
成形品の強度を、ＴＥＡＣ社製ＴＤ−２５０Ｔデジタル指示計と空圧シリンダーを用いた強度試験機により測定した。
それにより、実施例１ないし７及び比較例１ないし７の全てにおいて、成形品に強度の低下は無かった。

以上の実験結果から、表２における実施例と比較例の平均開口率の比（Ａ／Ｂ）は、キャビティ型で０．３７ないし０．７０、コア型で０．３３ないし０．７０であり、直接形成スリットにより蒸気孔を設けた金型は、コアベントにより蒸気孔を設けた金型よりも蒸気孔の平均開口率を予想よりも大幅に低くすることができ、低くしても融着の悪化や強度の低下は無いことが分かる。
よって、本発明では、スリット状の蒸気孔４，４，…の平均開口率を、０．５％以上１．０％以下にしている。

直接形成スリットにより蒸気孔を設けた金型を用いることにより、蒸気孔の平均開口率を低くできる理由は、コアベントにより蒸気孔を設けた金型のようにベントホールを形成する金型の壁面とベントホールに打ち込むコアベントとの間の接触熱抵抗がなく、コアベントのスリット部のように肉厚（例えば１．５ｍｍ）が薄くないことから蒸気孔の壁面が蒸気に接触する面積が大きくなるので、金型を効率的に加熱できることによると考えられる。
その上、金型の成形空間と反対側の面に、冷却水が滞留する窪みが無いことから、真空放冷中に金型温度が必要以上に低下しないので、金型温度を高めに維持できる。

よって、スリット状の蒸気孔の平均開口率を低くしても融着の悪化や強度の低下は無く、少ない蒸気で金型を必要な温度まで加熱できるので、前記平均開口率を、０．５％以上１．０％以下とすることにより、省エネルギー化を図ることができる。
また、省エネルギー化を図る目的で融点の低い樹脂を使用しても、蒸気孔の壁面近傍に熱が溜まらないので、樹脂の固着が少なくなる。
さらに、スリット状の蒸気孔の数の低減及び／又はスリット状の蒸気孔の幅の縮小により、成形品の表面の美麗性をより高めることができる。

以上の実施の形態の記載はすべてすべて例示であり、これに制限されるものではない。本発明の範囲から逸脱することなく種々の改良及び変更を施すことができる。

１，１’ ビーズ法発泡合成樹脂成形用金型
２，２’ コア型
３，３’ キャビティ型
４ スリット状の蒸気孔
５ 原料充填口
６ 離型ピン用開口
７ 水抜き駒
８ ベントホール
９ コアベント
Ａ スリット状蒸気孔の幅
Ｂ 隣接する蒸気孔の間隔

Claims (2)

1. コア型及びキャビティ型からなる一対の金型により形成される成形空間に熱可塑性樹脂の発泡ビーズを充填し、前記発泡ビーズを蒸気で加熱して融着させ、冷却及び乾燥して所要形状の発泡合成樹脂の成形品を得るビーズ法発泡合成樹脂成形に用いる前記金型であって、
   削り出し及び／又は鋳造により形成された立体形状の前記金型の所要箇所に、前記金型の内外に連通して前記蒸気を通すための、前記金型自体に直接形成したスリット状の蒸気孔を有し、
   前記スリット状の蒸気孔の平均開口率は、０．５％以上１．０％以下であることを特徴とするビーズ法発泡合成樹脂成形用金型。
2. 請求項１に記載のビーズ法発泡合成樹脂成形用金型により形成される成形空間に熱可塑性樹脂の発泡ビーズを充填し、前記発泡ビーズを蒸気で加熱して融着させ、冷却及び乾燥することにより所要形状の発泡合成樹脂の成形品を製造するビーズ法発泡合成樹脂成形品の製造方法。

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