JP3651163B2 - 加熱機構を備えた成形装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成樹脂等の成形加工の際に成形物を加熱するための加熱機構を備えた成形型の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スタンピング成形、射出成形、スラッシュ成形、ブロー成形等の合成樹脂の成形装置においては、所望の成形を行うために成形型に加熱機構を設けたものがある。例えば図４及び図５は、基材５を表皮層７と発泡層８よりなる被覆層６で覆った積層体をスタンピング成形により製造する場合の成形装置の１例を示し、下型１及び上型３には、加熱及び冷却のための媒体（例えば加熱水及び冷却水）を通すための温調配管２，４が設けられている。先ず図４に示すように、下型１の上面１ａ上に基材５をセットし、供給ダイス９からシート状に押し出した表側溶融樹脂層７ｍと発泡剤を混入した内側溶融樹脂層８ｍからなる溶融樹脂積層体６ｍで基材５の上面を覆い、表側溶融樹脂層７ｍとの間に多少の隙間が空くように上型３を接近させて停止する。そして各温調配管２，４に加熱媒体を通して両型１，３を加熱し、図５に示すように内側溶融樹脂層８ｍを発泡させて溶融樹脂積層体６ｍを基材５と上型３の間に充填させ、温調配管２，４に冷却媒体を通し溶融樹脂積層体６ｍを冷却硬化させて被覆層６としてから上型３を上昇させて、基材５が被覆層６で覆われた積層体を取り出すようにしている。
【０００３】
成形型におけるこのような加熱方法としては、成形型の成形面に窒化チタン等よりなる薄膜状の抵抗体を絶縁して形成し、この抵抗体に電流を流してジュール熱により成型物を加熱する技術がある。また、例えば特開昭６２−１２２０８６号公報に示すように、誘導コイルにより鉄あるいはニッケルのような高抵抗体よりなる成形型に渦電流を誘起し、この渦電流のジュール熱により成形型を加熱する技術もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
部分的に特性の異なる製品、例えば前述したような発泡層を有する積層体の製造において部分的に発泡倍率を高くした製品を製造するには、成形型のその部分を他の部分より強くしかも速く加熱し高温にして発泡を促進する必要がある。しかしながら前述した第１の従来技術では、成形型の一部分を他の部分より強く加熱するためには、複数系統の温調配管を設けて異なる温度の加熱媒体を通すようにしなければならないので、成形型の構造が複雑になるという問題がある。また薄膜状の抵抗体を使用する第２の従来技術では、所望の範囲だけを部分的に強く加熱するためには、異なる抵抗体と電源を設けなければならないので、やはり成形型の構造が複雑になるという問題がある。
【０００５】
誘導加熱による第３の従来技術は、成形型の一部分を他の部分より速くかつ強く加熱するのに適しているが、温度分布のばらつきを起こしやすいので、発泡が不均一になるなど特性にばらつきを生じるという問題を起こすおそれがある。
【０００６】
本発明は型全体は温調配管により加熱し、所望の範囲は温調配管を介して誘導コイルにより加熱するようにしてこのような各問題を解決することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による加熱機構を備えた成形装置は、互いに対向する面に成形面が形成された１対の成形型と、この両成形型の少なくとも何れか一方に設けられ熱水等の熱媒体を循環させてその成形型の成形面をほゞ全面的に加熱する温調配管とを有し、この両成形型を互いに接近離隔させて両成形面により合成樹脂等の成形を行うようにした加熱機構を備えた成形装置に関するものであり、成形面と反対側から温調配管の一部に熱伝達可能に設けられてこれを覆う高抵抗体を素材とするヨークと、このヨークを加熱する誘導加熱コイルを備えたことを特徴とするものである。誘導加熱コイルを作動させれば高抵抗体のヨークが誘導加熱され、ヨークが設けられた範囲の熱媒体を含む温調配管が熱伝導により速やかに加熱され、その範囲となる成形型の成形面も速やかに加熱される。
【０００８】
ヨークは板状としてその一方の面が成形面とほゞ平行で温調配管側となるように成形型の裏側に固定され、このヨークの温調配管と反対側となる面に誘導加熱コイルが固定されていることが好ましい。このようにすれば、ヨークはほゞ均一に誘導加熱されるので、ヨークが設けられた範囲となる成形型の成形面もほゞ均一に加熱される。
【０００９】
ヨークの一方の面は、温調配管に当接固定することが好ましい。このようにすれば、誘導加熱されたヨークから熱媒体を含む温調配管への熱伝達は一層効率よく行われる。
【００１０】
ヨークは温調配管と直交する断面が溝形となるように両端縁が成形面に向けて折曲されていることが好ましい。このようにすれば、誘導加熱されたヨークから熱媒体を含む温調配管への熱伝達は更に一層効率よく行われる。
【００１１】
ブロックの素材である高抵抗体は鉄とするのが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に図１〜図３により、本発明による加熱機構を備えた成形装置を自動車のドアトリムの成形装置に適用した場合の実施の形態の説明をする。
本発明により製造されるドアトリムは、成形完了状態を示す図３に示されているように、予め成形された剛性のある基材３０の表面を表皮層３２と発泡層３３よりなる複合層３１により覆った積層体である。基材３０は通気性のある多孔性のもので、木材を細かく砕いた繊維に結着剤として７パーセント程度のフェノール樹脂を混入して凹凸のあるほゞ一定厚の板状にホットプレス成形したものである。複合層３１は、表面側となる表皮層３２と基材３０側となる発泡層３３を一体的に重ね合わせたものであり、ドアトリムの上半部（図において左半部）及びそれに続くアームレスト部は発泡層３３の厚さを大にすると共に発泡倍率を高めて、他の部分よりも柔軟な感触が得られるようにしている。この実施の形態に使用する成形装置は、下部の固定側型支持部材（図示省略）に取り付けられる第１成形型（下型）１０と、上部の可動側型支持部材（図示省略）に取り付けられて第１成形型１０に対し接近離隔可能な第２成形型（上型）２０とよりなるもので、また複合層３１の素材である溶融樹脂積層体３１ｍを押し出し供給する供給ダイス３５を備えている。この両成形型１０，２０の互いに対向する面にはそれぞれ成形面１０ａ，２０ａが形成されている。
【００１３】
図１〜図３に示すように、第１成形型１０の上面には、前述のように予め成形された基材３０の裏面を支持する第１成形面１０ａが形成され、その外周に沿っては平面輪郭形状がドアトリムの輪郭形状と一致する外向き段部１０ｂが形成されている。この第１成形型１０はアルミニウム鋳物等の低抵抗体を素材とするもので、第１成形面１０ａの反対側となる裏側は大きく肉抜きがなされ、複数のリブ１０ｃにより補強されている。第１成形型１０は定盤１９を介して固定側型支持部材に取り付けられている。
【００１４】
第１成形型１０内には、ステンレス鋼管等よりなる複数の温調配管１３が第１成形面１０ａのほゞ全面のすぐ内側に沿って鋳込まれている。温調配管１３のうち、ドアトリムの上半部及びアームレスト部と対応する位置に設けたものは、第１成形面１０ａと反対側から、複数のヨーク１５により覆われている。ヨーク１５は鉄等の高抵抗体を素材とする板状のもので、中央部の一方の面は第１成形面１０ａとほゞ平行で温調配管１３に熱伝達可能に当接固定され、温調配管１３と直交する断面が台形の溝形となるように、両端縁が第１成形面１０ａに向けて折曲され、これにより温調配管１３の両側も部分的に覆われている。図に示すように、このヨーク１５は１本の温調配管１３に設けてもよいし、２本（または複数本）の温調配管１３にまたがって設けてもよい。各ヨーク１５の温調配管１３と反対側の面には、誘導加熱コイル１６が固定されている。誘導加熱コイル１６は渦巻状に巻回した平板状のコイルを複数枚重ねて直列接続したものである。
【００１５】
同じく図１〜図３に示すように、第２成形型２０は、ニッケル電鋳により成形されてドアトリムを覆う複合層３１の表面を形成する第２成形面２０ａが下面に形成された表面層２１と、これを上側から支持する鉄板製のフレーム２２よりなり、フレーム２２を形成する外枠２２ａと複数の補強リブ２２ｂは表面層２１に溶接固定されている。第２成形面２０ａの外周に沿って表面層２１に形成された外向き段部２０ｂは、図２及び図３に示すように両型１０，２０が最接近位置となった状態では、僅かの隙間をおいて下型１０の外向き段部１０ｂと嵌合可能である。第２成形型２０は定盤２９を介して可動側型支持部材に取り付けられている。
【００１６】
ステンレス鋼管等よりなる複数の温調配管２３は、フレーム２２を溶接する前に表面層２１の裏面（上側）のほゞ全面に沿って溶接固定されている。第１成形型１０の場合と同じく、温調配管２３のうち、ドアトリムの上半部及びアームレスト部と対応する位置に設けたものは、第２成形面２０ａと反対側から、ヨーク１５と同様の形状及び素材よりなる複数のヨーク２５により覆われている。ヨーク２５の中央部の一方の面は第２成形面２０ａとほゞ平行で温調配管２３に熱伝達可能に当接固定され、その両側縁は成形型１０に設けたヨーク１５よりも深い台形の溝形に折曲され、これにより温調配管２３の両側は覆われている。このヨーク２５も１本の温調配管２３に設けてもよいし、２本（または複数本）の温調配管２３にまたがって設けてもよい。各ヨーク２５の温調配管２３と反対側の面には、誘導加熱コイル１６と同様の誘導加熱コイル２６が固定されている。フレーム２２と温調配管２３とヨーク２５の間となる表面層２１の裏面は、アルミニウム粉末を混入したエポキシ樹脂からなるバッキング２４により裏打ち補強されている。
【００１７】
主として図２及び図３に示すように、両成形型１０，２０が最接近位置となった状態では、第１成形型１０の第１成形面１０ａに支持された基材３０の表面３０ａと第２成形型２０の第２成形面２０ａの間の間隔は、ドアトリムの上半部及びそれに続くアームレスト部（特にその上部）では大きく、下半部では小さくなっている。各成形型１０，２０に設けるヨーク１５，２５及び誘導加熱コイル１６，２６は、この間隔が大きい部分に対応して設けられている。なお、この下半部に相当する部分のこの間隔は、後述する溶融樹脂積層体３１ｍよりもやや大である。
【００１８】
この実施の形態の成形装置は、図１に示すように第２成形型２０が上方に離隔された状態において、基材３０を支持した第１成形型１０の上方に張り出して移動する供給ダイス３５、並びにこれに表皮層３２及び発泡層３３となる溶融状態の合成樹脂材料を供給する２本の供給管３６（図１は１本のみを示す）を備えている。複合層３１となる表皮層３２及び発泡層３３の材料は、何れもポリオレフィン系の合成樹脂（例えばポリプロピレン）であり、発泡層３３の材料には発泡剤（例えばアゾジカルボンアミド系のもの）が混練されている。
【００１９】
次にこの実施の形態の成形装置方法の説明をする。先ず第２成形型２０を上方に離隔させた状態において、低温（例えば５０℃）とした第１成形型１０の第１成形面１０ａ上に、予め成形された基材３０をセットする。次いで、樹脂を計量して押し出す射出成形機用の押出機から供給管３６を介して供給ダイス３５に供給された溶融状態の表皮層３２及び発泡層３３の材料は、互いに接合されて一体的に重ね合わされた表側溶融樹脂層３２ｍ（温度は例えば１６０℃程度）及び未発泡の内側溶融樹脂層３３ｍ（温度は例えば１１０℃程度）よりなる塑性に富んだ二層シート状の溶融樹脂積層体３１ｍとなって、供給ダイス３５の細長いスリット状の押出し口３５ａから押し出される。これと同時に供給ダイス３５は図において右向きに移動し、溶融樹脂積層体３１ｍは内側溶融樹脂層３３ｍ側を下にして、第１成形型１０及びその上にセットされた基材３０の上側ほゞ全体を覆うように供給される。
【００２０】
次いで第２成形型２０を第１成形型１０に向けて下降させ、図２に示す最接近状態に達すれば第２成形型２０の下降を停止させる。この最接近状態において、第１成形型１０に支持された基材３０の表面３０ａと第２成形型２０の第２成形面２０ａの間の間隔は、ドアトリムの上半部及びアームレスト部となる部分の方が下半部となる部分よりも大であり、後者となる部分の間隔は未発泡状態の溶融樹脂積層体３１ｍの厚さよりも大である。この型締めの途中で、第１成形型１０の外向き段部１０ｂから外側にはみ出した溶融樹脂積層体３１ｍの不要部分は、互いに嵌合する両段部１０ｂ，２０ｂの剪断作用により切除される。なお溶融樹脂積層体３１ｍの不要部分の切除に使用する外向き及び内向き段部１０ｂ，２０ｂは、第１成形型１０側を内向き段部とし、第２成形型２０側を外向き段部としてもよい。あるいはこのような互いに嵌合する段部による剪断の代わりに、第２成形型２０の第２成形面２０ａの外側に沿って下向きに設けた押切り刃を第１成形型１０の外周の平面部に押し当てて行うようにしてもよい。
【００２１】
前述した溶融樹脂積層体３１ｍの供給と前後して第１及び第２成形型１０，２０の各温調配管１３，２３に高温水を送り込んで両成形型１０，２０の成形面１０ａ，２０ａ付近を全体的に加熱し（温度は例えば１６０℃程度）、また各誘導加熱コイル１６，２６に交番電流を印加することにより、両成形型１０，２０の成形面１０ａ，２０ａのドアトリムの上半部及びアームレスト部に対応する部分だけを急速加熱する（温度は例えば１６０℃程度）。これにより溶融樹脂積層体３１ｍは、基材３０の表面３０ａと第２成形型２０の第２成形面２０ａの間の間隔が大きいドアトリムの上半部及びアームレスト部（特にその上半部）となる部分の方がドアトリムの下半部となる部分よりも速くかつ強く加熱されて内側溶融樹脂層３３ｍの発泡が促進される。従って、この間隔が大きい部分は、この間隔が小さいドアトリムの下半部に相当する部分に比して遅れることなく速やかに、大きい発泡倍率で発泡充填される。
【００２２】
誘導加熱コイル１６，２６による両成形型１０，２０の部分的加熱を更に詳しく説明すれば次の通りである。第１成形型１０の誘導加熱コイル１６に印加された交番電流は電磁誘導によりヨーク１５に渦電流を誘起し、この渦電流によるジュール熱により高抵抗体のヨーク１５は発熱して温度が上昇し、その範囲の高温水を含む温調配管１３はヨーク１５からの熱伝導により速やかに加熱され、その範囲に対応する第１成形型１０の第１成形面１０ａのドアトリムの上半部及びアームレスト部に対応する部分はドアトリムの下半部に比して速くかつ強く加熱される。同様に、第２成形型２０の誘導加熱コイル２６に印加された交番電流は電磁誘導によりヨーク２５に渦電流を誘起し、これにより高抵抗体のヨーク２５は発熱して温度が上昇し、その範囲の高温水を含む温調配管２３はヨーク２５からの熱伝導により速やかに加熱され、その範囲に対応する第２成形型２０の第２成形面２０ａのドアトリムの上半部及びアームレスト部に対応する部分はドアトリムの下半部に比して速くかつ強く加熱される。
【００２３】
なお、各ヨーク１５，２５は何れも板状でその中央部の一方の面は各成形面１０ａ，２０ａとほゞ平行で各温調配管１３，２３に熱伝達可能に当接固定されているので、各ヨーク１５，２５は何れもほゞ均一に誘導加熱され、これにより各成形型１０,２０のこれに密着された付近もほゞ均一に加熱される。従って溶融樹脂積層体３１ｍのドアトリムの上半部及びアームレスト部に対応する部分は、ドアトリムの下半部に比して速くかつ強く加熱されると共にその部分における加熱の不均一も少なくなるので、その部分における発泡はほゞ均一に促進される。また、ヨーク１５，２５は温調配管１３，２３と直交する断面が溝形となるように両端縁を成形面１０ａ，２０ａに向けて折曲しているので、誘導加熱されたヨーク１５,２５から熱媒体を含む温調配管１３,２３への熱伝達は効率よく行われ、所望の範囲の成形型の誘導加熱コイル１６，２６による加熱は効率よく行われる。
【００２４】
内側溶融樹脂層３３ｍの発泡が完了すれば、各誘導加熱コイル１６，２６に対する交番電流を停止して誘導加熱を停止し、各温調配管１３，２３に冷水を送り込んで第１及び第２成形型１０，２０の成形面１０ａ，２０ａを冷却し、熱伝達により溶融樹脂積層体３１ｍの温度を低下させる。成形面１０ａ，２０ａの温度が５０℃程度にまで低下し、各溶融樹脂層３２ｍ，３３ｍが硬化したところで、上型２０を上昇させてドアトリムを取り出す。これにより得られたドアトリムは、上半部及びアームレスト部（特にその上半部）では発泡層３３の発泡倍率が大きいので充分なソフト感が得られ、下半部では発泡層３３の発泡倍率が小さいので充分な耐久性が得られる。
【００２５】
上記実施の形態では、ドアトリムを全体的に加熱する温調配管１３，２３と、上半部及びアームレスト部を加熱する誘導加熱コイル１６，２６を設けたので、ドアトリム全体の温度と上半部及びアームレスト部の温度とを別々に調節することができ、それぞれに最もよく適した温度調節を行うことができる。
【００２６】
上記実施の形態では、低抵抗体よりなる成形型１０を下型として使用し、電鋳による表面層２１により成形面２０ａを形成した成形型２０を上型として使用しているが、本発明はこれと逆に、低抵抗体よりなる成形型を上型として使用し、電鋳による表面層を使用した成形型を下型として使用して実施してもよい。また上下両型とも、低抵抗体よりなる成形型を使用し、あるいは電鋳による表面層を使用した成形型を使用して実施してもよい。
【００２７】
また上記実施の形態では、予め成形された基材３０を使用したが、本発明は供給ダイス３５より押し出し供給される溶融樹脂積層体３１ｍを基材３０となる溶融樹脂層を加えた３層として、予め成形された基材を省略することもできる。
【００２８】
本発明を射出成形やブロー成形に適用する場合には、前述のように第１成形型１０及び第２成形型２０を上下に配置する代わりに水平に配置して実施することも可能である。
【００２９】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、誘導加熱コイルが設けられた範囲の成形型の成形面は熱媒体を含む温調配管を介して誘導加熱コイルにより速やかに加熱される。このように熱容量の大きい熱媒体を含む温調配管を介して加熱されるので、誘導コイルによる加熱の場合に生じがちな局部的な型温度の不均一を少なくすることができ、そのような原因により製品の成形に不都合を生じたり特性にばらつきを生じるおそれはなくなる。
【００３０】
ヨークを板状としてその一方の面を温調配管を設けた成形型の裏側に固定し、このヨークの反対側の面に誘導加熱コイルに固定したものによれば、ヨークが設けられた範囲の成形型もほゞ均一に加熱されるので、温度が不均一になることにより製品の成形に不都合を生じたり特性にばらつきを生じるるおそれは一層減少する。
【００３１】
ヨークの一方の面を温調配管に当接固定したものによれば、誘導加熱されたヨークから熱媒体を含む温調配管への熱伝達は一層効率よく行われるので、所望の範囲の成形型の加熱は一層効率よく行われる。
【００３２】
ヨークの断面が溝形となるようにその両端縁を成形面に向けて折曲したものによれば、誘導加熱されたヨークから熱媒体を含む温調配管への熱伝達は更に一層効率よく行われるので、所望の範囲の成形型の加熱は更に一層効率よく行われる。
【００３３】
ヨークの素材である高抵抗体を鉄とすればヨークが安価となり、成形装置の製造コストを低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による加熱機構を備えた成形装置の１つの実施形態における、溶融樹脂供給途中の状態を示す断面図である。
【図２】 図１に示す実施形態における、型締めを終了した時の状態を示す断面図である。
【図３】 図１に示す実施形態における、発泡及び冷却を終了し時の状態を示す断面図である。
【図４】 従来技術による加熱機構を備えた成形装置の一例の図１に相当する断面図である。
【図５】 図４に示す従来技術の図３に相当する断面図である。
【符号の説明】
１０，２０…成形型、１０ａ，２０ａ…成形面、１３，２３…温調配管、１５，２５…ヨーク、１６，２６…誘導加熱。

Claims (5)

1. 互いに対向する面に成形面が形成された１対の成形型と、この両成形型の少なくとも何れか一方に設けられ熱水等の熱媒体を循環させてその成形型の成形面をほゞ全面的に加熱する温調配管とを有し、前記両成形型を互いに接近離隔させて前記両成形面により合成樹脂等の成形を行うようにした加熱機構を備えた成形装置において、前記成形面と反対側から前記温調配管の一部に熱伝達可能に設けられてこれを覆う高抵抗体を素材とするヨークと、このヨークを加熱する誘導加熱コイルを備えたことを特徴とする加熱機構を備えた成形装置。
2. 前記ヨークは板状でその一方の面が前記成形面とほゞ平行で前記温調配管側となるように前記成形型の裏側に固定され、このヨークの前記温調配管と反対側となる面に前記誘導加熱コイルが固定されている請求項１に記載の加熱機構を備えた成形装置。
3. 前記ヨークの前記一方の面を前記温調配管に当接固定してなる請求項２に記載の加熱機構を備えた成形装置。
4. 前記ヨークは前記温調配管と直交する断面が溝形となるように両端縁が前記成形面に向けて折曲されている請求項２または請求項３に記載の加熱機構を備えた成形装置。
5. 前記高抵抗体が鉄である請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の加熱機構を備えた成形装置。

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