JP3816671B2 - 熱硬化性材料の成形方法及び成形装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱硬化性材料を加圧加熱硬化して成形する方法及び装置に関し、より詳細には精密な金型の温度制御を行うことにより異なる肉厚を有する成形物であっても光沢不良やクラックの発生を抑えた、成形収率に優れた成形方法および成形装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
熱硬化性成形材料を加圧・加熱して成形を行う場合、温度制御が容易であることから加熱媒体として蒸気が従来から用いられていた。蒸気を利用して金型温度を制御する方法として、例えば特開平1−259907号公報には、蒸気供給ラインを通じて金型内部に蒸気を供給し金型の加熱するものにおいて、蒸気供給ラインに、供給蒸気圧力を制御する圧力制御ラインと、多量の供給蒸気を流すことのできるバイパスラインとが並列に設けられ、予め設定した金型設定温度と、実際に測定した金型測定温度との差が、所定の設定値よりも大きい場合は、バイパスラインを通して蒸気を金型に供給し、温度差が設定値よりも小さい場合には、圧力制御ラインを通して蒸気を金型に供給し、金型測定温度が金型設定温度になるよう圧力制御ラインの蒸気圧を制御する金型の温度制御方法が開示されている。また特開平8−323763号公報には、蒸気循環回路の出口配管側に三方弁を介して蒸気発生源側と真空ドレン回収装置に切替え可能に設け、循環される蒸気温度が設定温度以下のときは三方弁を真空ドレン回収装置側に切替えて型内に発生したドレンと蒸気を吸引排出する金型温度制御装置が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図4や図5に示すような、加圧・加熱によって成形される自動車用スポイラーや洗面カウンターでは、肉厚が変化する部分(図上、斜線部分)の温度が金型成型時に設定温度以上に上昇しやすいため、光沢不良やクラックの発生といった問題が生じる。具体的には、図6及び図7に示す分割金型の断面図において、成形体表面側を成形する上型7の設定温度は高めに設定する一方、成形体裏面側を成形する下型8の設定温度は低めに設定し、成形体の表面側を相対的に速く硬化させることによって、硬化収縮に伴う変形や歪みを裏面側で吸収し、成形体表面側の表面性状を高めている。ここで下型8の凸部9では、熱伝導による上型7からの熱が集中するため金型温度が設定温度を超えることがある。この場合、上型7と下型8の温度差が小さくなる結果、成形体の凸部の光沢不良やクラックの発生といった問題が生ずる。したがって、金型、特に低温側金型の温度制御を精度よく行う必要がある。
【0004】
しかしながら、かかる場合に蒸気を加熱媒体として使用する従来の金型温度制御では、速やかな加熱はできるものの、速やかに冷却すること現実には困難であった。すなわち媒体として蒸気を使用して金型を冷却するには、例えば蒸気トラップを解除し調節弁を使用して強制的に媒体通路に蒸気を供給して金型を冷却する方法が考えられるが、かかる方法ではその冷却効果は小さい。加えて、凸部9が細長い場合には、冷却媒体通路を凸部に内設することができないため迅速な冷却ができない。
【0005】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、設定温度よりも高い温度領域が金型に生じたときは、当該部分を迅速に冷却し精密に温度制御を行いながら熱硬化性材料を成形する方法及びその装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、加熱媒体として蒸気を使用する分割金型を使用し、加圧加熱して熱硬化性材料を成形する方法であって、少なくとも一方の金型に2以上の媒体通路を設け、冷却を必要とする部分の媒体経路に冷却媒体として蒸気と水の混合物を供給することを特徴とする熱硬化性材料の成形方法が提供される。当該方法は、分割金型が高温側加熱型と低温側加熱型からなり、冷却を必要とする部分が低温側加熱型の凸部である場合に特に有効である。また熱エネルギーの有効利用の点から、媒体通路の排出口に、蒸気とドレンを回収し、排出蒸気によって水を加熱する回収部を設け、回収部で加熱された水及びドレンを冷却媒体の水として再供給するのが好ましい。
【0007】
また本発明によれば、加熱媒体として蒸気を使用する分割金型を使用し、加圧加熱して熱硬化性材料を成形する装置であって、少なくとも一方の金型は2以上の媒体通路を有し、冷却を必要とする部分の媒体経路に、冷却媒体として蒸気と水の混合物を供給することを特徴とする熱硬化性材料の成形装置が提供される。このとき、熱エネルギーの有効利用の点から、媒体通路の排出口に、排出蒸気とドレンを回収し、排出蒸気によって水を加熱する回収部を設け、回収部で加熱した水及びドレンを冷却媒体の水として再供給するのが好ましい。
【0008】
本発明の成形方法では、分割金型の少なくとも一方の金型に2以上の媒体通路を設け、冷却を必要とする部分の媒体経路に冷却媒体として蒸気と水の混合物を供給し該金型の温度を精密に制御するので、成形体の光沢不良やクラックの発生を抑制し、良好な成形収率を得ることができる。
【0009】
本発明の成形方法で使用できる成形材料としては特に限定はなく、アクリル樹脂や不飽和ポリエステル樹脂を配合したバルクモールディングコンパウンド(BMC)、シートモールディングコンパウンド(SMC)等を挙げることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に示す実施例に基づき、本発明の成形方法の実施形態を詳細に説明する。
【0011】
図1は本発明の成形方法の一実施例を示すシステム図、図2は図1に示された分割金型の断面図、図3は図1に示された分割金型の上型及び下型の媒体通路を示す説明図である。
【0012】
図1において、熱硬化性材料を成形する二分割金型は上型3と下型4からなり、図2及び図3に示すように、上型3の成形面の近接内部には媒体通路Aが形成され、下型4の成形面の近接内部には媒体通路B及び成形体の肉厚の薄い部分には更に媒体通路Cが形成されている。この媒体通路A、B、Cのそれぞれに蒸気入口3a,41a,42aが設けられ、蒸気入口3a.41aにはボイラー1から蒸気配管を介し、圧力計22a,23aの測定値によって制御された減圧弁22b、23bを通って蒸気が供給される。一方蒸気入口42aには、ボイラー1から蒸気配管を介し、圧力計24aの測定値によって制御された減圧弁24bを通って供給される蒸気と、後述するドレン部6から供給される温水とを混合した混合物が供給される。これら媒体通路A、B、Cには蒸気出口3b、41b、42bが形成され、これら蒸気出口にはそれぞれ出口配管が接続されている。媒体通路A及びBに接続された出口配管にはそれぞれ蒸気トラップ弁51a,52a及びバイパス弁51b、52bが配設され、ドレンが所定量貯まると蒸気トラップ弁51a,52aが開となり貯まったドレンをドレン回収部に排出する。バイパス弁は通常は閉状態としておく。一方媒体通路Cに接続された出口配管には流量調節弁53a及びバイパス弁53bが配設され、媒体通路Cからドレン回収部6へ排出される蒸気とドレンの混合物流量を調整する。3つの出口配管はその後集合して1つの出口配管となりドレン回収部6に接続される。
【0013】
ドレン回収部6は、貯水タンク61、エゼクター63、ポンプ62とから構成され、貯水タンクの温度が所定温度を超えたとき又は貯水量が一定量以下となったときには、貯水タンク61に図示しない給水源から給水弁64を通って水が補給される。エゼクター63の吸引室には、媒体通路に接続された出口配管及びポンプ62の出口側配管68から分岐した配管66が接続され、ポンプ62から供給される水と共に媒体通路から排出されるドレン及び蒸気を配管65を通して貯水タンク61に回収する。貯水タンク61の下部には排出管67が接続され、排出管67はポンプ62入口側に接続される。ポンプ62の出口側には配管68が接続され、配管68は、途中で配管66を分岐し、流量計71、流量調節弁72を介して媒体通路Cの蒸気入口42aに接続され、媒体通路を通って排出されたドレン及び排出蒸気によって加温された貯水タンク内の水を、媒体通路Cへ再供給する。一方分岐した配管66は前記のとおりエゼクター63に接続され、貯水タンク61から排出された水はエゼクターを介して貯水タンクに循環される。
【0014】
本発明の成形方法は上記構成の装置により実施されるものであるから、下型2において、上型からの熱伝導によって金型温度が設定温度を超える兆しのある場合には、過熱部分の媒体通路(本実施例では媒体通路C)にドレン回収部6から供給される水(温水)とボイラー1から供給される蒸気とを混合して、いわゆる湿り蒸気として媒体通路Cに供給することによって、迅速かつ有効に冷却することができる。かかる処理によって金型温度は設定温度を維持することができる。蒸気と水の混合物を冷却媒体として使用すると、迅速かつ有効に冷却できるのは、蒸気に分散してミスト状となった水が気化するときに熱を奪うという作用を有効に利用したものである。
【0015】
また金型内に内設された媒体通路を通って蒸気出口から排出されたドレンは、配管を通ってドレン回収部6へ排出され、エゼクター63を介して貯水タンク61へ回収され、媒体通路Cへ供給する媒体として再利用される。また排出蒸気は貯水タンク61内の水の加熱に利用され、排出蒸気によって加温された水(温水)はポンプ62を介して上記回収ドレンと共に媒体通路Cへ供給する媒体として利用される。
【0016】
【実施例】
実施例1
上記成形装置を使用して、表1に示す成形条件でキッチンカウンターを成形した。図1、図2に示す断面形状を有する長さ2800mmのSKキッチンカウンター天板用金型を用いて、媒体通路A,Bのそれぞれに蒸気圧がゲージ圧で、1.2kg/cm2 、0.6kg/cm2 に調節された蒸気を供給する。媒体通路Cには、ドレン回収部からポンプによって流量調節弁を介して再供給される約66℃の温水と、蒸気圧がゲージ圧で0.6kg/cm2 に調節された蒸気とを混合した、蒸気入口温度が100℃の混合媒体を供給する。上記各媒体通路に媒体を通すことによって、金型を所定温度まで加熱する。媒体通路A,Bの蒸気出口から排出された蒸気は、蒸気トラップで蒸気とドレンに分離され、分離されたドレンはドレン回収部へ送られる。一方媒体通路Cの蒸気出口から排出された蒸気は、流量調節弁を経てドレン回収部へ送られる。
【0017】
金型設定温度は、上型成形面(媒体通路A)120℃、下型平面(媒体通路B)110℃、下型バックガード部(媒体通路C)105℃であるのに対して、蒸気を4時間供給した後、図8に示す下型8においてa、b、cの各測定位置で接触式表面温度計を用いて金型の表面温度を測定したところ、上型成形面(媒体通路A)120℃、位置a(媒体通路B)110℃、位置b(媒体通路C)105℃、位置c(媒体通路C)104℃であった。ここで、成形材料として表1に示す熱硬化性材料34kgを下型略中央に配置する。成形圧力1,400ton(約75kg/cm2 )、型締め速度1mm/sec、保圧時間10minの成形条件で成形を行った。製品を成形する工程を約15分サイクルで5ショット繰り返した。5ショット目の製品を脱型した直後に金型表面温度を再度測定したところ、位置a(媒体通路B)111℃、位置b(媒体通路C)106℃、位置c(媒体通路C)105℃とほぼ設定温度通りであった。成形品はすべて光沢良好で、クラックの発生も見られなかった。結果をまとめて表1に示す。
【0018】
実施例2
媒体通路A,Bに供給する蒸気の蒸気圧をゲージ圧で、2.8kg/cm2 、1.9kg/cm2 とし、媒体通路Cに供給する媒体として、ドレン回収部からポンプによって流量調節弁を介して再供給される約66℃の温水と、蒸気圧がゲージ圧で1.9kg/cm2 に調節された蒸気とを混合物を使用し、該混合物の蒸気入口温度は127℃であった。
【0019】
金型設定温度は、上型成形面(媒体通路A)140℃、下型平面(媒体通路B)130℃、下型バックガード部(媒体通路C)130℃とした。
【0020】
蒸気を4時間供給した後の金型表面温度は、上型成形面(媒体通路A)140℃、位置a(媒体通路B)130℃、位置b(媒体通路C)129℃、位置c(媒体通路C)129℃であった。
【0021】
実施例1と同様に成形を行った後、金型表面温度を再度測定したところ、位置a(媒体通路B)131℃、位置b(媒体通路C)130℃、位置c(媒体通路C)129℃とほぼ設定温度通りであった。
【0022】
成形品はすべて光沢良好で、クラックの発生も見られなかった。結果をまとめて表1に示す。
【0023】
比較例1
媒体通路Cに蒸気圧がゲージ圧で、0.1kg/cm2 (101℃)に調節された蒸気を供給した以外は実施例1と同様にして金型を昇温した。
【0024】
蒸気を4時間供給した後、a、b、cの各測定位置で接触式表面温度計を用いて金型の表面温度を測定したところ、上型成形面(媒体通路A)120℃、位置a(媒体通路B)110℃、位置b(媒体通路C)107℃、位置c(媒体通路C)108℃であった。
【0025】
実施例1と同様に成形を行った後、金型表面温度を再度測定したところ、位置a(媒体通路B)111℃、位置b(媒体通路C)113℃、位置c(媒体通路C)112℃と、下型の位置bにおいて設定温度より8℃、位置cにおいて7℃高い温度となっていた。成形品は光沢不良が発生し、一部クラックの発生も見られた。結果をまとめて表1に示す。
【0026】
比較例2
媒体通路Cに、蒸気圧がゲージ圧で、1.9kg/cm2 (130℃)の蒸気のみを供給する以外は実施例2と同様にして金型を昇温した。
【0027】
蒸気を4時間供給した後、a、b、cの各測定位置で接触式表面温度計を用いて金型の表面温度を測定したところ、上型成形面(媒体通路A)140℃、位置a(媒体通路B)130℃、位置b(媒体通路C)129℃、位置c(媒体通路C)129℃であった。
【0028】
実施例1と同様に成形を行った後、金型表面温度を再度測定したところ、位置a(媒体通路B)131℃、位置b(媒体通路C)133℃、位置c(媒体通路C)132℃と、下型の位置b、cにおいて設定温度より3℃、2℃高い温度となっていた。成形品は光沢不良が発生し、一部クラックの発生も見られた。結果をまとめて表1に示す。
【0029】
比較例3
媒体通路Cに80℃の温水を供給した以外は実施例1と同様にして金型を昇温した。
【0030】
蒸気を4時間供給した後、a、b、cの各測定位置で接触式表面温度計を用いて金型の表面温度を測定したところ、上型成形面(媒体通路A)120℃、位置a(媒体通路B)110℃、位置b(媒体通路C)105℃、位置c(媒体通路C)95℃であった。
【0031】
実施例1と同様に成形を行った後、金型表面温度を再度測定したところ、位置a(媒体通路B)111℃、位置b(媒体通路C)108℃、位置c(媒体通路C)97℃と、同じ媒体通路Cにおいて位置bとcとで温度ムラが発生した。成形品には光沢不良が発生し、位置cに未硬化物による汚れ(型汚れ)が発生した。
【0032】
比較例4
媒体通路Cにエアーを供給した以外は実施例1と同様にして金型を昇温した。
蒸気を4時間供給した後、a、b、cの各測定位置で接触式表面温度計を用いて金型の表面温度を測定したところ、上型成形面(媒体通路A)120℃、位置a(媒体通路B)110℃、位置b(媒体通路C)110℃、位置c(媒体通路C)109℃であった。
【0033】
実施例1と同様に成形を行った後、金型表面温度を再度測定したところ、位置a(媒体通路B)111℃、位置b(媒体通路C)112℃、位置c(媒体通路C)113℃と、位置b、cにおいて設定温度より7℃、8℃高い温度となっていた。成形品は光沢不良が発生し、一部クラックの発生も見られた。結果をまとめて表1に示す。
【0034】
【表1】
【0035】
【発明の効果】
本発明の成形方法及び成形装置によれば、冷却を必要とする部分の媒体通路に冷却媒体として蒸気と水の混合物を供給するので、精密な金型温度制御ができ、成形時の過熱による成形品の光沢不良やクラック発生といった不具合を低減することができる。
【0036】
また冷却媒体として蒸気と水を使用するため、加熱媒体として蒸気を使用する既存の金型において媒体通路に水を添加すれさえすればよいので、金型を新たに作成する必要がなく経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の成形方法の一実施例を示すシステム図である。
【図2】図1に示された分割金型の断面図である。
【図3】図1に示された分割金型の上型及び下型の媒体通路を示す説明図である。
【図4】本発明の成形法が好ましく適用される自動車スポイラーにおける製品欠陥を起こしやすい部位を示す説明図である。
【図5】本発明の成形法が好ましく適用される洗面カウンターにおける製品欠陥を起こしやすい部位を示す説明図である。
【図6】金型断面において、設定温度よりも温度が上がりやすい部位を示す説明図である。
【図7】金型断面において、設定温度よりも温度が上がりやすい部位を示す説明図である。
【図8】下型における温度測定位置を示す図である。
【符号の説明】
1 ボイラー
3 上型
4 下型
6 ドレン回収部
11,65,67,68 配管
21a,22a,23a,24a 圧力計
21b,22b,23b,24b 減圧弁
71 流量計
72 流量調節弁
Claims (5)
- 加熱媒体として蒸気を使用する分割金型を使用し、加圧加熱して熱硬化性材料を成形する方法であって、
少なくとも一方の金型に2以上の媒体通路を設け、冷却を必要とする部分の媒体経路に冷却媒体として蒸気と水の混合物を供給することを特徴とする熱硬化性材料の成形方法。 - 分割金型が高温側加熱型と低温側加熱型からなり、冷却を必要とする部分が低温側加熱型の凸部である請求項1記載の成形方法。
- 媒体通路の排出口に、排出蒸気とドレンを回収し、排出蒸気によって水を加熱する回収部を設け、回収部で加熱された水及びドレンを冷却媒体の水として再供給する請求項1又は2記載の成形方法。
- 加熱媒体として蒸気を使用する分割金型を使用し、加圧加熱して熱硬化性材料を成形する装置であって、
少なくとも一方の金型は2以上の媒体通路を有し、冷却を必要とする部分の媒体経路に、冷却媒体として蒸気と水の混合物を供給することを特徴とする熱硬化性材料の成形装置。 - 媒体通路の排出口に、排出蒸気とドレンを回収し、排出蒸気によって水を加熱する回収部を設け、回収部で加熱した水及びドレンを冷却媒体の水として再供給する請求項4記載の成形装置。
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