JP3918376B2 - ポリオレフィン系樹脂の型内発泡成形方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリオレフィン系樹脂の型内発泡成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性合成樹脂からなる予備発泡ビーズを用いて成形品を製作する型内発泡成形装置として、図１６に示すように、対向配置した１組の成形型１００、１０１と、予備発泡ビーズを両成形型１００、１０１により形成される成形空間１０４内に充填するための充填器１１１とを備え、両成形型１００、１０１の背面側にチャンバ１０２、１０３をそれぞれ形成するとともに、両成形型１００、１０１にチャンバ１０２、１０３と成形空間１０４とを連通する多数の通気孔１０５、１０６をそれぞれ形成し、成形に必要な蒸気や空気や冷却水などの用役流体をチャンバ１０２、１０３を介して成形空間１０４に供給するように構成したものが実用化されている。なお、この事例では、それぞれのチャンバ１０２、１０３の上部に加熱蒸気を供給するための上部用役口１０７、１０８を設け、下部に減圧ポンプあるいはドレン配管に接続された下部用役口１０９、１１０を設けて、成形空間１０４に対して蒸気を供給するように構成されている。
【０００３】
また、成形型１００、１０１に透設された多数の通気孔１０５、１０６は、実際には、０．５ｍｍφ程度の丸孔や幅０．５ｍｍ程度のスリットからなる貫通孔を複数個透設した外径７〜１２ｍｍの蓋を有する筒体からなるコアベントを、成形型１００、１０１に孔明け配置したコアベント取付孔に嵌め込んで形成したものと、成形型１００，１０１に直接的に形成した０．５ｍｍφ程度のコアベントホールとで構成され、これらの通気孔１０５、１０６は、成形型１００、１０１に２０〜５０ｍｍのピッチで設けられている。
【０００４】
このような発泡成形装置を用いて発泡成形品の成形する場合には、先ず、成形型を型閉して成形空間１０４を形成し、ポリスチレンなどの予備発泡させた予備発泡ビーズを原料タンク（図示略）から充填器１１１を通じて成形空間１０４内に送入して充填し、次に成形空間１０４内の予備発泡ビーズを加熱蒸気で加熱し、発泡融着させてから冷却固化し、成形型１００、１０１を型開して発泡成形品を取り出すことになる。
【０００５】
予備発泡ビーズの充填方法としては、[1]クラッキング充填法、[2]加圧充填法、[3]圧縮充填法などが広く採用されている。
[1]クラッキング充填法は、コア型並びにキャビティ型に配置された通気孔からだけでは、充填時に使用する空気を十分に排気できないときに採用する方法で、充填時に、コア型とキャビティ型とを完全に型閉めせず（クラッキング）、例えば成形品の底肉厚の１０％だけ開けておき、コア型とキャビティ型間の隙間からも充填時に使用する空気を排出する方法である。
【０００６】
[2]加圧充填法は、予備発泡ビーズを収容した原料タンク内を０．２〜１．５ｋｇ／ｃｍ2程度に加圧し、成形空間内を通気孔及びチャンバを通じて大気圧に開放した状態で、原料タンクと成形空間との差圧を利用して、成形空間内に予備発泡ビーズを搬送して充填する方法である。
【０００７】
[3]圧縮充填法は、原料タンク内の圧力ｐを加圧充填法よりも高めの１．０〜５．０ｋｇ／ｃｍ2程度に加圧し、一方のチャンバ内を加圧して、通気孔を通じて連通している成形空間内の圧力ｐ１の差圧（ｐ−ｐ１）を維持しながら、予備発泡ビーズを搬送して充填する方法である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
クラッキング充填法では、成形空間の外縁部に対してもクラッキング隙間を介して十分に予備発泡ビーズを充填できる利点を有しているが、予備発泡ビーズの充填後にコア型とキャビティ型とを型閉めする関係上、クラッキング隙間分だけ成形品の底部の密度が他の部分より高くなる。逆に、厚肉部分においてはビーズの圧縮不足による発泡力不足が発生するため、過剰なクラッキングをとる必要があり、薄肉部との密度差がさらに拡大する。この厚肉部の発泡力を補うために予備発泡ビーズ内に無機ガスを圧入する工程を設ける必要があり、成形工程が複雑になる。一方、加圧充填法及び圧縮充填法では、コア型とキャビティ型とを型閉めした状態で予備発泡ビーズを充填する関係上、クラッキング充填法のように成形品の底部の密度が他の部分よりも高くなることはないが、成形空間の外縁部が突き当たり状態となるので、該部分における充填密度が低下し易くなるし、予備発泡ビーズ径と同等或いはそれよりも小さい厚さの薄肉部を有する成形品に対しては、この薄肉部への予備発泡ビーズの充填が良好に行えず、成形不良が発生する。
【０００９】
このように、前記３つの充填方法はいずれも長所と短所とを備えており、成形品形状等に応じて採用する充填方法を決定することになるが、いずれの充填方法においても、成形品形状が複雑になると充填密度が成形空間の各部で変動することは回避できず、通常は充填器の使用本数を増やすことで、充填密度の変動が極力少なくなるように構成している。しかし、充填器の使用本数を増やすにも限界があり、また、瞬間的な空気圧低下、成形空間からの空気排気が充分行えなくなる等、却って充填密度の変動を引き起こす結果となることもある。このため、充填器の使用本数、充填器の配置は、金型設計者にとっては悩みの種であり、また試行錯誤的要素が非常に多く、標準化が非常に困難な分野であった。特に、充填器から離れた部分や、幅の狭い有底な部分などに対する予備発泡ビーズの充填密度は低くなり易く、これらの難充填部に対する充填密度を適正値にするためには、全体的に充填密度を高くする必要があり、均一密度の時と比較して、成形品重量が重くなる。
【００１０】
また、成形性の面から考えてみると、充填された予備発泡ビーズを蒸気で加熱するときには、充填密度の低い部分の予備発泡ビーズが十分に融着するように、予備発泡ビーズをより大きく発泡させる必要があり、加熱蒸気圧を上げる方向に設定することから、エネルギー使用量が大きくなるとともに成形サイクルが長くなる。また、充填密度の低い部分に応じて加熱蒸気圧を高めに設定するので、充填密度の高い部分においては過剰な加熱となって、発泡圧力が通常の成形よりも高くなる。このため、成形品の冷却時には、この高い発泡圧力を離型可能な発泡圧力まで下げるために長い時間を要し、成形サイクルが長くなり生産性を落とす。更に、加熱・冷却時の成形品各部の発泡圧力が不均一になることから離型性が悪く、また充填性が悪いことから、生産性や収率が低下するという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、成形品のうちの型開閉方向に薄肉な薄肉部における予備発泡ビーズの充填密度を適正に設定可能なポリオレフィン系樹脂の型内発泡成形方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段及びその作用】
請求項１に係るポリオレフィン系樹脂の型内発泡成形方法は、型開閉方向に薄肉な薄肉部を有する成形品を成形するための型内発泡成形方法であって、クラッキング隙間が形成されるように両成形型を型閉めした状態で、クラッキング充填によりポリオレフィン系樹脂からなる予備発泡ビーズを成形空間内に充填し、次に両成形型を完全に型閉めした状態で、圧縮充填により予備発泡ビーズを充填して、成形空間内に予備発泡ビーズを充填するにあたり、クラッキング充填完了後に両成形型を完全に型閉めした状態で、型開閉方向に薄肉な薄肉成形部における予備発泡ビーズの充填密度が適正値なるように、クラッキング充填において成形空間内に予備発泡ビーズを充填し、圧縮充填において、薄肉成形部以外における成形空間内の予備発泡ビーズの充填密度が、前記適正値になるまで予備発泡ビーズを圧縮充填して、成形空間内における予備発泡ビーズの充填密度を一様に且つ前記適正値に設定するものである。
【００１３】
この成形方法においては、クラッキング充填と圧縮充填とを順次行って、予備発泡ビーズを成形空間内に充填することになるが、クラッキング充填時において両成形型は、クラッキング隙間分だけ型開閉方向に離間した状態となるので、成形品に型開閉方向に薄肉な薄肉部が形成されていたとしても、この薄肉部を成形する薄肉成形部は、クラッキング隙間分だけその厚さを型開閉方向に増しているので、薄肉成形部に対する予備発泡ビーズの充填は円滑に且つ十分になされることになる。また、クラッキング充填後に、両成形型を完全に型閉めすると、薄肉成形部における予備発泡ビーズの充填密度は、他の部分よりも高くなるが、その後の圧縮充填により他の部分の充填密度も薄肉成形部内における予備発泡ビーズの充填密度に接近するので、成形空間内に充填した予備発泡ビーズの充填密度を全体的に略均一に設定することが可能となる。このように、本発明では、クラッキング充填と圧縮充填とを順次行って予備発泡ビーズを充填することで、成形品各部における密度が一様な品質の良い成形品を製作できる。また、予備発泡ビーズの充填密度のバラツキが少なくなることから、加熱、冷却のためのエネルギーロスを少なくでき、成形サイクルを短縮して生産性を向上できる。
【００１４】
また、ポリオレフィン系樹脂からなる予備発泡ビーズは、素材自体が軟らかく、しかもガス透過性が高いことから、同一発泡倍率のポリスチレン系樹脂からなる予備発泡ビーズよりも格段に粒子形状が変形しやすく、充填性を一層向上できるので好ましい。
【００１５】
更に、クラッキング充填完了後の型開閉方向に薄肉な薄肉成形部における予備発泡ビーズの充填密度が適正値になるように、クラッキング充填により成形空間内に予備発泡ビーズを充填するので、予備発泡ビーズをクラッキング充填した状態で、薄肉成形部以外の部分における予備発泡ビーズの充填密度は適正値よりも低くなるが、クラッキング充填後の圧縮充填では、この充填密度の低い箇所に対して予備発泡ビーズが十分に充填されて充填密度が適正値まで高められるので、成形空間内に充填した予備発泡ビーズの充填密度を一様に且つ適正値に設定することが可能となる。
【００１６】
請求項２記載の成形方法は、前記薄肉部の型開閉方向の厚さを予備発泡ビーズの直径の５０〜３００％に設定したものである。このような厚さの薄肉部を有する成形品の成形方法では、薄肉成形部における予備発泡ビーズの充填密度を十分に確保できないことから、従来、クラッキング充填法により予備発泡ビーズを充填していたが、クラッキング充填法では前述のように、成形品底部の密度が他の部分と比較して高くなり、成形品重量が重くなったり、加熱冷却のためのエネルギーロスが大きくなったり、成形サイクルが長くなって生産性が低下するという問題がある。本発明では、このような厚さの薄肉部を有する成形品でも、成形性や品質を低下させることなく製作することが可能となる。
【００１７】
請求項３記載の成形方法は、両成形型間に形成される成形空間と、この成形空間における用役流体を制御するための少なくとも３つのチャンバであって、成形空間に連通するコア型背面側の第１チャンバと、成形空間に連通するキャビティ型背面側の第２チャンバと、成形空間のうちの予備発泡ビーズが充填されにくい難充填部に連通する第３チャンバとを備えた型内発泡成形装置を用い、予備発泡ビーズの圧縮充填時に、各チャンバの無機ガス圧を個別に或いはいずれかの組み合わせにより制御しながら、成形空間内に予備発泡ビーズを圧縮充填するものである。
【００１８】
前記請求項１又は２に記載の成形方法では、クラッキング充填後、圧縮充填のために成形空間内の圧力を高めるが、このとき成形空間内の予備発泡ビーズが収縮して、充填密度が低い薄肉成形部以外の部分においては、予備発泡ビーズの充填されていない空間部分が形成されることになる。請求項３記載の成形方法では、この空間部分を利用して、圧縮充填時において予備発泡ビーズを移動させるとともにその移動を制御しようとするものである。具体的には、ポリオレフィン系樹脂からなる予備発泡ビーズを無機ガスで圧縮した状態で、３つのチャンバの無機ガス圧を個別に或いはいずれかの組み合わせにより制御し、圧縮した予備発泡ビーズを無機ガスの流れに乗せて成形空間内へ充填する新しい圧縮充填方法を採用し、例えば予備発泡ビーズが充填されにくい難充填部に対して先に予備発泡ビーズが充填されるように、各チャンバの無機ガス圧を制御することで、成形品の各部における充填密度を一様に設定することになる。このため予備発泡ビーズが充填されにくい、例えば薄肉な仕切壁を有するような成形品でも、充填器の個数を増やすことなく、成形品の各部における充填密度を適正な値に設定できる。また、強度、剛性を高めたい部分に対して先に予備発泡ビーズを充填すると、該部分における充填密度を局部的に高めてその強度を高めることが可能となる。このような予備発泡ビーズが充填されにくい難充填部への予備発泡ビーズの送入操作は、難充填部に対して集中的に予備発泡ビーズが充填されるように複数回に分けて行ってもよい。
【００１９】
請求項４記載の成形方法は、前記第３チャンバとして、コア型とキャビティ型間のクリアランスを介して成形空間に連通する単数又は複数のチャンバを備えたものである。この場合には、クリアランスを介して成形空間の外周部に流入した充填用の無機ガスを効率的に外部へ排出できるので、例えば底の深い容器等を製作するときには、容器の開口縁に対応する位置にクリアランスが形成されるように構成することで、充填器の個数を増やすことなく、予備発泡ビーズの充填密度を適正に設定でき、容器の品質を向上することが可能となる。
【００２０】
請求項５記載の成形方法は、前記第３チャンバとして、予備発泡ビーズが充填され難い有底な幅狭状の仕切壁成形部の奥部に連通する単数又は複数のチャンバを備え、予備発泡ビーズの充填時に、仕切壁成形部に対して先に予備発泡ビーズが充填されるように３つのチャンバの無機ガス圧を制御するものである。この場合には、充填密度を十分に確保できないことから、従来成形困難であると考えられていた例えば厚さ２０ｍｍ以下の仕切壁を有するような複雑形状の成形品でも、仕切壁成形部に対して先に予備発泡ビーズを充填することで、仕切壁成形部における予備発泡ビーズの充填密度を高めて、適正な密度の品質のよい成形品を製作することが可能となる。
【００２１】
請求項６記載の成形方法は、前記第３チャンバとして、予備発泡ビーズの充填器から離れている成形空間の遠隔部の奥部に連通する単数又は複数のチャンバを備え、予備発泡ビーズの充填時に、遠隔部に対して先に予備発泡ビーズが充填されるように無機ガス圧を制御するものである。このように構成すると、予備発泡ビーズの充填密度が低下し易い遠隔部の充填密度を十分に確保でき、品質のよい成形品を製作することが可能となる。
【００２２】
請求項７記載の成形方法は、成形空間に充填する予備発泡ビーズを、３０〜５０℃の範囲内の設定温度を中心とした±５℃の一定温度に温度調整するとともに、圧縮充填圧力を前記設定温度に適応する圧力であって大気圧よりも大きく、｛（７０−設定温度［℃］）／１０｝kg/cm2の式で得られる値以下の一定圧力に設定したものである。
【００２３】
この成形方法においては、成形ショット間における成形品の重量バラツキを格段に少なくできる。つまり、予備発泡ビーズは、その製作上の制約から、ビーズ１粒ずつを同一嵩密度に発泡させることは困難で、目標となる嵩密度を中心として、前後に倍率分布を持つ粒子の混合体となる。このため、サイロから成形空間への移送過程において、どうしても分級が発生することから、成形ショット毎に使用する予備発泡ビーズの嵩密度にバラツキが発生して、成形ショット毎の成形品重量にバラツキが発生しようとするが、本発明では、予備発泡ビーズの温度を一定な設定温度に管理するとともに、圧縮充填圧力をこの設定温度に適応する圧力に設定することで、成形品の重量バラツキを防止できる。
【００２４】
但し、予備発泡ビーズの見掛け密度に応じて、あるいは見掛け密度と温度とに応じて、圧縮充填圧力を設定するようにしてもよいが、見掛け密度を測定するための手段は大掛かりなものであり、しかも温度調整に比して嵩密度（発泡倍率）のバラツキの調整能力が小さいので、温度を一定に調整することが好ましい。また、変動する予備発泡ビーズの温度に応じて圧縮充填圧を調整することも可能であるが、圧縮充填圧の調整は温度調整よりも煩雑な制御が必要になるので、予備発泡ビーズの温度が一定に調整することが好ましい。
【００２５】
また、予備発泡ビーズの温度は、設定温度に厳密に調整することが最も好ましいが、直接的に温度測定することが困難なので、設定温度に対してある程度の幅をもたせることになるが、その幅が設定温度±５℃の範内であれば、比較的容易に温度調整可能で、しかも各成形ショット間における成形品の嵩密度のバラツキを、成形品の品質に悪影響を及ぼさない程度に低減できるので好ましい。
【００２６】
請求項８記載の成形方法は、前記設定温度において、成形品密度を予備発泡ビーズの嵩密度で除算して得られる予備発泡ビーズの圧縮比が１．２〜１．５となる圧縮充填圧力に設定するものである。
つまり、圧縮比が１．２未満の場合には予備発泡ビーズが十分に発泡せず、離型後に成形品が大幅に収縮したり、ビーズ間に隙間が形成されたりして、良品が得られないという問題がある。また、圧縮比が１．５を越える場合には、充填後の成形空間内におけるビーズ粒子間が非常に狭くなり、加熱蒸気がビーズ粒子間を通過せず融着不良となったり、加熱蒸気が通過した箇所のみ過剰発泡し、成形品に割れが発生するとともに、冷却時間が長くなるという問題があるので、圧縮比が１．２〜１．５となるように圧縮充填圧力を設定することが好ましい。
【００２７】
また、前記圧縮比は、従来の成形方法では、十分な充填性能を確保するため、一般的には１．４以上に設定され、薄肉深物形状の成形品を成形する場合には、１．５〜１．６以上に保つ必要がある。ところが、このように圧縮比を高く設定した場合、予備発泡ビーズ同士が融着するのに必要な蒸気温度に対して樹脂発泡圧が高くなってしまい、長い冷却サイクルを必要とし、生産性が低下する。本発明では、圧縮比を低く設定しているので生産性を向上できるとともに、成形品の嵩密度と予備発泡ビーズの嵩密度とを接近させることで、予備発泡ビーズの輸送効率や保管効率を高めることが可能となる。特に、請求項４記載のように成形することで、成形品各部における予備発泡ビーズの充填密度を一様に設定できるので、成形品の品質を十分に確保しつつ生産性を向上することが可能となる。
【００２８】
請求項９記載の成形方法は、前記予備発泡ビーズとして、ポリオレフィン系樹脂からなり、セル径が１００〜９００μｍ、発泡倍率が５〜６０倍、ＤＳＣ２'ｎｄピーク比が８〜６０％、独立気泡率が６５％以上のポリオレフィン系樹脂からなる予備発泡ビーズを用いたものである。
【００２９】
この成形方法においては、予備発泡ビーズとして、セル径が１００〜９００μｍ、発泡倍率が５〜６０倍、ＤＳＣ２’ｎｄピーク比が８〜６０％、独立気泡率が６５％以上のものを使用しているので、下記のように成形品の表面性を向上し、その外観の見栄性を向上できるとともに、成形時の加熱条件に対する制約を緩和して、成形性及び省エネ性を向上できる。
【００３０】
セル径は、１００μｍ未満の場合には、成形時に表面伸びが悪く、ヒケ易く、表面外観の見栄えが劣るという問題があり、９００μｍを越える場合には、セル径が不均一になり易く、セル径が大きいため表面のきめが粗く、表面外観が劣るという問題があるので、１００〜９００μｍの範囲内に設定することが好ましい。
発泡倍率は、特に制限はないが５〜６０倍（発泡ビーズの嵩倍率）程度が好ましい。
【００３１】
ＤＳＣ２’ｎｄピーク比は、８％〜６０％に設定することが好ましい。ＤＳＣ２’ｎｄピーク比とは、基材樹脂を加熱したときに、基材樹脂の結晶融点に起因して形成される、低温側と高温側の２つのＤＳＣ（示差走査熱量測定）のピークの合計面積に対する高温側ピークの面積の割合であり、このＤＳＣ２’ｎｄピーク比が、８％未満の場合には、成形時の加熱条件幅が狭く、成形体が収縮し易く、ヒケ易い。また、６０％を越えると、加熱条件を大幅にアップする必要があり、成形機の大型化が必要であり、且つ省エネルギーという観点からもマイナスとなるので８〜６０％に設定することが好ましい。
【００３２】
独立気泡率は、６５％未満の場合には、成形時の加熱圧をアップしてなんとかビーズ同士を融着させたとしても、成形体の収縮、ヒケが大きくなり易く、目標の品質の成形体が得られ難くなるので、６５％以上に設定することが好ましい。
【００３３】
予備発泡ビーズとしては、ポリオレフィン系樹脂からなるものであれば任意の素材からなるものを採用できるが、安価で且つ入手が容易なことから、請求項１０記載のようにポリプロピレン系樹脂や、請求項１１記載のようにポリエチレン系樹脂からなるものを採用することが好ましい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
先ず、成形品の構成について説明する。
図１、図２に示すように、成形品１は、ポリオレフィン系樹脂製の予備発泡ビーズを用いて後述の型内発泡成形装置１０、１０Ａを用いて一体成形したもので、有底な箱状の本体部２と、本体部２内を複数の収容空間３に区画する仕切壁４と、本体部２の上縁から外方へ延びる鍔状の薄肉部５とを備え、収容空間３内に各種物品を整列状に収容するように構成したものである。尚、後述する型内発泡成形装置１０，１０Ａ及び成形方法では、任意の形状やサイズの成形品を製作することが可能であるが、薄肉部５のように型開閉方向に対する厚さの薄い薄肉部５を有する成形品１を成形するのに特に好適である。また、成形品１のように複雑な形状の成形品や、薄肉部と厚肉部とが混在する成形品や、自動車のバンパーの芯材などのように成形品の強度及び重量に対する制約が厳しい成形品を成形するのにも好適であるが、単なる箱状や板状の単純な形状の成形品を成形することも可能である。
【００３５】
仕切壁４の厚さＴは２０ｍｍ以下に設定され、仕切壁４の高さＨ（ｍｍ）と厚さＴ（ｍｍ）とは、Ｈ／Ｔ≧１０の関係式が成り立つように構成されている。このような構成の仕切壁４を有する成形品１は、従来の成形方法では成形困難であったが、後述する本発明の成形方法により品質を低下させることなく成形できる。また、仕切壁４には所定の抜き勾配が形成され、成形品１を離型するときに、仕切壁４が破損しないように構成されている。
また、薄肉部５の型開閉方向の厚さは、予備発泡ビーズの直径の５０〜３００％、より具体的には、３〜１０ｍｍに設定されている。従来このような薄肉部５は、これを成形するための薄肉成形部１３ｃに対する予備発泡ビーズの充填が困難なことから、加圧充填法や圧縮充填法を用いた成形方法では成形困難であり、またクラッキング充填法を用いる場合には充填できるものの、底部の充填密度が高くなって成形品重量が重くなったり、充填密度のバラツキにより生産性が低下したりするという問題が発生し易い部分である。
【００３６】
次に、この型内発泡成形装置で使用する予備発泡ビーズについて説明する。
予備発泡ビーズの素材としては、製作する成形品１の使用条件などに応じた物性の素材を選択することになるが、ポリエチレン系樹脂やポリプロピレン系樹脂などのポリオレフィン系合成樹脂材料、あるいはこれらの合成樹脂材料の共重合体などが採用されている。具体的には、エチレンプロピレンランダムポリプロピレン樹脂、エチレンプロピレンブロックポリプロピレン樹脂、ホモポリプロピレンエチレンプロピレンブテンランダムターポリマー、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、架橋低密度ポリエチレン（架橋ＬＤＰＥ）などを好適に利用できる。予備発泡ビーズとして、ポリスチレン系樹脂からなる予備発泡ビーズを用いることも可能であるが、ポリオレフィン系樹脂の予備発泡ビーズの方が、素材自体が軟らかく、しかもガス透過性が高いことから、同一発泡倍率のポリスチレン系樹脂からなる予備発泡ビーズよりも格段に粒子形状が変形しやすので、本発明の目的であるところの充填性の改善効果を発揮する上で好ましい。しかも、ポリスチレン系樹脂は、ポリオレフィン系樹脂よりも予備発泡ビーズの形状のバラツキが大きくて充填性が劣るのが一般的であることからも、ポリオレフィン系合成樹脂材料からなる予備発泡ビーズの方が本願の充填方法の効果が表われやすいのである。
【００３７】
予備発泡ビーズのセル径は、１００μｍ未満の場合には、成形時に表面伸びが悪く、ヒケ易く、表面外観の見栄えが劣るという問題があり、９００μｍを越える場合には、セル径が不均一になり易く、セル径が大きいため表面のきめが粗く、表面外観が劣るという問題があるので、１００〜９００μｍの範囲内、より好ましくは１５０〜７００μｍ、特に好ましくは１７０〜５５０μｍに設定することになる。
発泡倍率は、特に制限はないが５〜６０倍（発泡ビーズの嵩倍率）程度が好ましい。
【００３８】
ＤＳＣ２’ｎｄピーク比は、８％〜６０％に設定することが好ましい。ＤＳＣ２’ｎｄピーク比とは、基材樹脂を加熱したときに、基材樹脂の結晶融点に起因して形成される、低温側と高温側の２つのＤＳＣ（示差走査熱量測定）のピークの合計面積に対する高温側ピークの面積の割合であり、このＤＳＣ２’ｎｄピーク比が、８％未満の場合には、成形時の加熱条件幅が狭く、成形体が収縮し易く、ヒケ易い。また、６０％を越えると、加熱条件を大幅にアップする必要があり、成形機の大型化が必要であり、且つ省エネルギーという観点からもマイナスとなるので８〜６０％、より好ましくは１０〜５０％、特に好ましくは１５〜４０％に設定することになる。
【００３９】
独立気泡率は、６５％未満の場合には、成形時の加熱圧をアップしてなんとかビーズ同士を融着させたとしても、成形体の収縮、ヒケが大きくなり易く、目標の品質の成形体が得られ難くなるので、６５％以上、より好ましくは７５％以上、特に好ましくは８５％以上に設定することになる。
【００４０】
次に、型内発泡成形装置の構成について説明する。
図３に示すように、型内発泡成形装置１０は、対向配置したコア型１１及びキャビティ型１２と、コア型１１とキャビティ型１２とで形成される成形空間１３内に予備発泡ビーズを充填するためのビーズ充填手段と、成形空間１３内に充填された予備発泡ビーズを蒸気により加熱、発泡、融着させる蒸気供給手段と、成形品１を冷却するための冷却手段とを備えている。尚、成形空間１３に対する予備発泡ビーズの充填には、空気以外の窒素ガスなどの無機ガスを用いてもよいが、ここでは清浄な空気を用いて充填する場合について説明する。
【００４１】
コア型１１及びキャビティ型１２は、枠状フレーム１４と裏板１５とを有するハウジング１６にそれぞれ取り付けられ、コア型１１の背面側には第１チャンバ１７が、またキャビティ型１２の背面側には第２チャンバ１８がそれぞれ形成されている。
【００４２】
コア型１１及びキャビティ型１２には、図３〜図５に示すように、コアベント２０やコアベントホール２１からなる通気孔２２が形成され、成形空間１３とチャンバ１７，１８とは通気孔２２を介して連通されている。コアベント２０は、図３、図４に示すように、コア型１１及びキャビティ型１２に形成した取付孔２３に装着される部材であって、底面に予備発泡ビーズの直径よりも小径な貫通孔２２ａ或いは長孔２２ｂを複数形成した有底な筒体のことであり、コアベントホール２１は、図４に示すように、コア型１１及びキャビティ型１２に形成した、予備発泡ビーズの直径よりも小径な貫通孔のことである。
【００４３】
尚、本実施例では、成形型１１，１２として複数の通気孔２２をそれぞれ形成したものを用いたが、これらの通気孔２２を略完全に或いは完全に省略した成形型を用いてもよい。このような成形型を用いる場合には、両成形型を型閉めした状態で、両成形型の合わせ目部分やその付近或いは充填器やエジェクタピンの周囲に、成形空間と外部の配管とを連通させるためのスリットや貫通孔を形成して、予備発泡ビーズの充填用エアや蒸気などの用役流体を制御することになる。このような成形型を用いると、通気孔２２の跡が成形品に形成されないので、表面美麗な成形品が得られること、通気孔の形成作業がほとんど不要になったり完全に不要となるので、成形型の製作コストを低減できること、成形型を薄肉に構成できるので、蒸気による加熱等の応答性を向上できること、成形空間内とチャンバー１７，１８内における蒸気等の用役流体を個別に制御できるので、成形品の表面性と内部の融着率とを独立に制御でき、成形品特性に対する自由度を拡大できること、などの優れた効果を得ることが可能となる。
【００４４】
チャンバ１７，１８は、用役弁ＳＶ１、ＳＶ２及び切替弁ＳＷＶ１、ＳＷＶ２を介して蒸気供給管２５及びエア供給管２６にそれぞれ接続されるとともに、ドレン弁ＤＶ１、ＤＶ２及び切替弁ＳＷＶ３、ＳＷＶ４を介して、ドレン管２７及び真空ポンプＰが介装された減圧管２８にそれぞれ接続されている。そして、用役弁ＳＶ１，ＳＶ２と、ドレン弁ＤＶ１，ＤＶ２と、切替弁ＳＷＶ１，ＳＷＶ２の操作により、チャンバ１７，１８に対して蒸気や圧縮空気などの用役流体を個別に供給或いは排出できるように構成されている。
【００４５】
ビーズ充填手段について説明すると、図３に示すように、サイロ（図示外）から供給される予備発泡ビーズを貯留するための原料タンク２９が設けられ、原料タンク２９には吸気管３０が接続され、吸気管３０の途中部には吸気弁Ｖ１が介装され、吸気弁Ｖ１を制御することで、原料タンク２９の内圧が調整される。
【００４６】
キャビティ型１２側の裏板１５には成形空間１３に開口する充填器３１が取付けられ、原料タンク２９にはシャッター３２が付設され、充填器３１は充填管３３を介して原料タンク２９のシャッター３２に接続され、原料タンク２９に充填された予備発泡ビーズは、空気の流れに乗って充填器３１から成形空間１３内へ供給されるように構成されている。充填器３１には充填エア供給管３４が接続され、充填エア供給管３４の途中部に介装した充填エア弁Ｖ２により、適正圧力の充填エアが供給されるような構成となっている。
【００４７】
原料タンク２９はチャンバ１７，１８の内圧以上の加圧状態に設定され、原料タンク２９に貯留された予備発泡ビーズは、圧縮された状態で、原料タンク２９から成形空間１３への空気の流れに乗って、成形空間１３に充填されるように構成されている。
【００４８】
また、シャッター３２と充填管３３との間には調整エア供給管３５が接続され、調整エア供給管３５の途中部に介装した調整エア弁Ｖ３により、充填管３３に対して適正圧力の調整エアが供給され、予備発泡ビーズは調整エアで希釈されながら、原料タンク２９から充填管３３に供給される。また、調整エアの供給量を変えることで、充填管３３に対し供給される予備発泡ビーズの単位時間当たりの供給量、つまり後述する最終希釈度合が調整される。但し、スクリューコンベア等の供給手段により原料タンク２９から充填管３３に対して予備発泡ビーズを供給することも可能であり、この場合には、調整エア弁Ｖ３及び調整エア供給管３５を省略し、スクリューコンベアの回転速度を変えることでことで、成形空間１３に対する予備発泡ビーズの単位時間当たりの供給量を調整することになる。
【００４９】
本発明の特徴とする第１の構成は、予備発泡ビーズの充填工程において、クラッキング充填と圧縮充填とを順次行って、成形空間１３内が一様な充填密度になるように予備発泡ビーズを充填するように構成した点にある。
【００５０】
予備発泡ビーズの充填工程は、基本的には成含工程とクラッキング充填工程と圧縮充填工程とからなり、次のように構成されている。
先ず、予備発泡ビーズを図示外の成含タンク内に充填して、０．３〜２．０ｋｇ／ｃｍ2の無機ガスを予備発泡ビーズに圧入し、成含した予備発泡ビーズを原料タンク２９に供給する。つまり、本発明で使用する予備発泡ビーズは、ポリオレフィン系樹脂からなり、一般にポリスチレン系樹脂と比較して発泡力が弱いので、蒸気で加熱しても予備発泡ビーズが十分に膨らまず、ビーズ間の密着性が低下したり、ビーズ間の隙間が大きくなって見栄性が低下するなど、成形品の品質が低下することが考えられる。このため、予備発泡ビーズに予め無機ガスを圧入してその発泡力を高めることが好ましい。但し、この成含工程は、使用する樹脂によっては省略することも可能である。
【００５１】
クラッキング充填工程では、図３に示すように、所定のクラッキング隙間Ｃをあけた状態に両成形型１１，１２を型閉めするとともに、原料タンク２９内の圧力を大気圧よりも高い圧力に設定し、充填器３１のフィラ、シャッター３２を開けて、成形空間１３に予備発泡ビーズを充填する。このとき、薄肉成形部１３ｃはクラッキング隙間Ｃ分だけその型開閉方向への厚さを増しているので、薄肉成形部１３ｃに対してもスムーズに予備発泡ビーズが充填されることになる。
【００５２】
クラッキング隙間Ｃは、成形空間１３から予備発泡ビーズが抜け出さないサイズに設定されている。また、原料タンク２９内の圧力は、例えば１．０〜５．０ｋｇ／ｃｍ2に設定され、クラッキング充填後、両成形型１１，１２を型閉めした状態で、薄肉成形部１３ｃ内の予備発泡ビーズの充填密度が所望の適正な充填密度になるように設定されている。このように、型閉めにより充填密度が高くなる薄肉成形部１３ｃ内における予備発泡ビーズの充填密度が、両成形型１１，１２の型閉め後において適正な充填密度になるように設定されているので、薄肉成形部１３ｃ以外における成形空間１３内の充填密度は、適正な充填密度よりも低くなることになる。
【００５３】
次に、圧縮充填を行うため、両成形型１１、１２を型閉めしてから、チャンバ１７，１８を予め設定された圧縮充填圧力に加圧するとともに、原料タンク２９内を成形空間１３内の圧力よりも多少低く設定することになる。このとき、成形空間１３内では、図６に示すように、圧縮充填圧力に応じて予備発泡ビーズが収縮し、成形空間１３内に予備発泡ビーズが充填されていない未充填空間１９が形成される。また、薄肉成形部１３ｃ内の予備発泡ビーズは型閉めにより適度な充填密度で充填されているので、予備発泡ビーズの収縮も小さく、薄肉成形部１３ｃ内から脱落したりすることはない。
【００５４】
次に、充填器３１のフィラ、シャッター３２、充填エア弁Ｖ２、調整エア弁Ｖ３を開け予備発泡ビーズの充填を開始する。充填エア弁Ｖ２における充填エア圧力は、原料タンク２９の内圧より少なくとも２ｋｇ／ｃｍ2以上高く、且つ絶対値で４ｋｇ／ｃｍ2以上に設定する。
【００５５】
充填中は、予備発泡ビーズは、原料タンク２９内の圧縮空気、及び調整エア弁Ｖ３からの圧縮空気、並びに充填エア弁Ｖ２からの圧縮空気で希釈されながら成形空間１３内に流入する。このとき成形空間１３に流入する空気と予備発泡ビーズとの容積比は、成形空間１３に供給される空気の容積を予備発泡ビーズの容積で除算して得られる数値を最終希釈度合と定義すると、最終希釈度合は５以上、好ましくは１０〜５０になるように設定される。
【００５６】
予備発泡ビーズの最終希釈度合が５０よりも大きいと、予備発泡ビーズの単位時間あたりに充填される量が低下するため、充填に時間を要し、成形サイクルタイムが延びるとともに、エア消費量が多くなるという問題がある。また、最終希釈度合が１０よりも小さいと、充填管３３、充填器３１あるいは成形空間１３中で予備発泡ビーズ同士の接触或いは衝突回数が増加するため、予備発泡ビーズの充填を妨げる抵抗が増加するという問題があり、また予備発泡ビーズが空気の流れを阻害するため、充填が良好に行えないという問題があるので、１０〜５０に設定することが好ましい。但し、スクリューコンベア等の供給手段により予備発泡ビーズを供給する場合には、最終希釈度合が所望の値になるように、スクリューコンベアの回転速度を制御して、成形空間１３に対する予備発泡ビーズの単位時間当たりの供給量を設定することになる。
【００５７】
こうして、圧縮充填が完了すると、図７に示すように、圧縮充填により薄肉成形部１３ｃ以外の部分においても十分に予備発泡ビーズが充填されて、充填密度が適正値に設定される。つまり、クラッキング充填により、薄肉成形部１３ｃ内における予備発泡ビーズの充填密度が適正に設定され、圧縮充填により、薄肉成形部１３ｃ以外の成形空間１３内の充填密度が適正に設定されるので、密度バラツキの少ない品質の良い成形品を得ることが可能となるのである。
【００５８】
本発明の特徴とする第２の構成は、成形空間１３のうちの予備発泡ビーズが充填されにくい難充填部に連通する第３チャンバを設け、クラッキング充填後に圧縮充填により予備発泡ビーズを充填するときに、この第３チャンバを介して充填用の空気を排出することで、難充填部に対する予備発泡ビーズの流入を促進して、難充填部における予備発泡ビーズの充填密度を適正に設定した点にある。尚、クラッキング充填により成形空間１３内には予備発泡ビーズが既に充填されているが、両成形型１１，１２の型閉め後、圧縮充填のため成形空間１３内が加圧されると、それに伴って予備発泡ビーズが収縮し、前述のように未充填空間１９が形成されるので、圧縮充填時における予備発泡ビーズの流動性はある程度確保された状態となる。このため、第３チャンバを介して充填用の空気を排出することで、難充填部に対する予備発泡ビーズの流入を促進することが可能となるのである。
【００５９】
難充填部としては、図８に示すように、例えば成形空間１３の外周先端部分１３ａや、仕切壁４を成形する仕切壁成形部１３ｂの奧部や、充填器３１から離れている成形空間１３の遠隔部の奥部などが考えられる。
【００６０】
このような構成の型内発泡成形装置１０Ａについて更に詳細に説明すると、図８、図９に示すように、外周先端部分１３ａの難充填部における充填性を改善するため、型閉めした状態で、コア型１１とキャビティ型１２間にはスリット状のクリアランス４０が形成され、コア型１１及びキャビティ型１２のフランジ部１１ａ，１２ａ間には第３チャンバとしての型間空洞部４１が形成され、外周先端部分１３ａの難充填部はクリアランス４０を介して型間空洞部４１に連通されている。型間空洞部４１は、用役弁ＳＶ３及び切替弁ＳＷＶ１、ＳＷＶ２を介して蒸気供給管２５及びエア供給管２６にそれぞれ接続されるとともに、ドレン弁ＤＶ３及び切替弁ＳＷＶ３、ＳＷＶ４を介して、ドレン管２７及び真空ポンプＰが介装された減圧管２８にそれぞれ接続され、型間空洞部４１の内圧を制御することで、外周先端部分１３ａの難充填部の内圧を調整できるように構成されている。但し、型間空洞部４１は、予備発泡ビーズの充填性を改善するだけであれば、ドレン管にのみ接続すればよく、必ずしも蒸気供給管２５やエア供給管２６や減圧管２８に接続する必要はないが、これらの管に接続することで、後述のように型間空洞部４１における充填用の空気以外の用役流体を制御して、予備発泡ビーズの加熱や成形品１の冷却及び離型時における種々のメリットが得られるので好ましい。
【００６１】
クリアランス４０の開口幅は、予備発泡ビーズの直径よりも小さく設定され、予備発泡ビーズの充填時に、予備発泡ビーズとともに成形空間１３に供給される充填用の無機ガスのみが通過して、予備発泡ビーズが成形空間１３に残留するように構成されている。但し、クリアランス４０はコア型１１及びキャビティ型１２の全周に亙って形成してもよいし、必要部分にのみ局部的に設けてもよい。また、図１０に示すように、クリアランス４０を隔壁４２により複数（図例では２つ）に区画し、これら複数のクリアランス４０に対応させて型間空洞部４１を設け、複数の型間空洞部４１に対して充填用の空気やその他の用役流体を個別に制御できるように構成してもよい。
【００６２】
仕切壁成形部１３ｂの奧部の難充填部における充填性を改善するため、仕切壁成形部１３ｂの奧部には貫通孔４３が形成され、この貫通孔４３に接続された排気管４４は、ドレン弁ＤＶ４及び切替弁ＳＷＶ３、ＳＷＶ４を介して、ドレン管２７及び減圧管２８にそれぞれ接続されている。この場合には、排気管４４の管内空間４５が第３チャンバとして機能し、仕切壁成形部１３ｂの奧部に流入した充填用空気は貫通孔４３及び排気管４４を介して排出されるように構成されている。尚、貫通孔４３は、前記クリアランス４０と同様に、充填性のみを改善するのであれば、ドレン管２７にのみ接続すればよいのであるが、蒸気供給管２５やエア供給管２６や減圧管２８などの他の配管に接続して、より木目細かな用役流体の制御を行うようにしてもよい。
【００６３】
貫通孔４３は、丸孔状やスリット状などの任意の形状に形成することが可能であるが、いずれにしても予備発泡ビーズがこの貫通孔４３を通って排気管４４側へ流入しないような開口幅に形成することになる。また、充填器３１から離間した遠隔部やその他の部位においても、予備発泡ビーズが充填され難い場合には、仕切壁成形部１３ｂの奧部と同様に貫通孔を形成して排気管と接続し、充填用の空気を排出するように構成することが可能である。
【００６４】
本発明の特徴とする第３の構成は、成形空間１３に供給する予備発泡ビーズの温度を所定の設定温度に調整し、これに適応させて圧縮充填時における圧縮充填圧力（圧縮充填時における成形空間１３の内圧）を設定した点にある。
具体的には、図３に示すように、原料ビーズはビーズ温調槽３８で設定温度に加温され、原料供給弁Ｖ４を介して原料タンク２９に供給される。ここで、ビーズ温調槽３８には予備発泡ビーズを加熱するための加熱手段３９を設けるとともに温度センサ３７ａを設け、温度センサ３７ａからの信号に基づいて加熱手段３９による加熱温度を制御することにより、予備発泡ビーズの温度を設定温度に調整することになる。但し、ビーズ温調槽３８の内壁を断熱材で構成したり外壁を断熱材で構成し、ビーズ温調槽３８の保温性を高めるとともに、ビーズ温調槽３８内の雰囲気温度が一様になるように、加熱手段３９として例えば熱風ブロワを用い、ビーズを攪拌しながら温調することが好ましい。また、予備発泡ビーズの温度をより厳密に調整するため、温度センサ３７ａを複数設けて、その平均温度を予備発泡ビーズの温度として用いてもよい。ビーズ温調槽３８から原料タンク２９へ予備発泡ビーズを搬送するための配管は保温し、原料輸送のための空気の温度も予め調整することが好ましい。原料タンク２９には温調手段３６を設けるとともに、原料タンク２９内の雰囲気温度を測定するための温度センサ３７ｂを設け、この温度センサ３７ｂからの信号に基づきビーズ温調槽３８の温度設定の変更、或いは温調手段３６の温度を制御することにより、充填前の予備発泡ビーズの温度を一定にすることができる。
【００６５】
加熱手段３９としては、任意の構成の加熱手段を採用できるが、成形時に加熱蒸気を用いるので、加熱蒸気を利用した加熱手段を設けることが設備経済上好ましい。その他、加熱手段として電気ヒータ等が挙げられ、加熱蒸気を利用した加熱手段と電気ヒータ等の加熱手段とを併用してもよい。温調手段３６としては、成形工場では冷却水温度を３０〜５０℃に管理していることより、この冷却水を利用した温調を行うことが、設備経済上好ましい。
予備発泡ビーズの加熱温度は、常温以上、融点以下の任意の温度に設定できるが、高温域でのビーズの劣化或いは低温域での夏場の温度管理、冬場の省エネを考慮すると、３０℃〜８０℃、さらに、成形機の低圧縮圧力域或いは高圧縮圧力域での圧縮充填圧力の制御精度、ビーズ圧縮特性を考慮すると、３０℃〜５０℃に設定することが好ましい。また、成形品の機械的強度及び重量を安定化させるため、予備発泡ビーズの温度は、設定温度±５℃の範囲内に調整することが好ましい。
【００６６】
また、予備発泡ビーズの圧縮充填圧力は、例えば次のような試験を行って予め設定することになる。
先ず、前記設定温度に対する最適な圧縮充填圧力を求めるために行った試験について説明する。
成形品として、ポリプロピレン製の予備発泡ビーズを用いて、外寸で長さ１１５８．６ｍｍ、幅１４４．３ｍｍ、厚み１１４．３ｍｍの自動車バンパーの芯材を次のようにして製作した。
【００６７】
先ず、嵩密度の異なる複数種類の予備発泡ビーズを用い、これを２４℃の設定温度に保った状態で４．０kg/cm2の圧縮充填圧力で成形空間１３に圧縮充填し、その後蒸気により予備発泡ビーズを加熱融着させて、予備発泡ビーズのビーズ嵩密度の異なる複数種類の成形品を製作した。また、圧縮充填圧力のみを変更して、３．５kg/cm2、３．０kg/cm2にそれぞれ設定した場合の成形品も同様にして製作した。そして、各圧縮充填圧力における、予備発泡ビーズのビーズ嵩密度と乾燥後の成形品重量との関係を求め図１１に示す結果を得た。
【００６８】
次に、嵩密度の異なる複数種類の予備発泡ビーズを用い、これを４０℃の設定温度に保った状態で３．５kg/cm2の圧縮充填圧力で成形空間１３に圧縮充填し、その後蒸気により予備発泡ビーズを加熱融着させて、予備発泡ビーズのビーズ嵩密度の異なる複数種類の成形品を製作した。また、圧縮充填圧力のみを変更して、３．０kg/cm2、２．５kg/cm2、２．０kg/cm2にそれぞれ設定した場合の成形品も同様にして製作した。そして、各圧縮充填圧力における、予備発泡ビーズのビーズ嵩密度と乾燥後の成形品重量との関係を求め図１２に示す結果を得た。
【００６９】
次に、嵩密度の異なる複数種類の予備発泡ビーズを用い、これを５５℃の設定温度に保った状態で３．０kg/cm2の圧縮充填圧力で成形空間１３に圧縮充填し、その後蒸気により予備発泡ビーズを加熱融着させて、予備発泡ビーズのビーズ嵩密度の異なる複数種類の成形品を製作した。また、圧縮充填圧力のみを変更して、２．５kg/cm2、２．０kg/cm2、１．５kg/cm2、１．０kg/cm2にそれぞれ設定した場合の成形品も同様にして製作した。そして、各圧縮充填圧力における、予備発泡ビーズのビーズ嵩密度と乾燥後の成形品重量との関係を求め図１３に示す結果を得た。
【００７０】
本発明において最も好ましい成形条件は、予備発泡ビーズの嵩密度が、サイロから成形空間１３への予備発泡ビーズの移送過程における分級により変動しても、成形品重量が一様になるような成形条件を得ることであり、図１１〜図１３に示す試験結果から判るように、予備発泡ビーズ温度を２４℃に設定した場合には、圧縮充填圧力を３．５kg/cm2に設定したときに、また予備発泡ビーズ温度を４０℃に設定した場合には、圧縮充填圧力を２．０kg/cm2に設定したときに、更に予備発泡ビーズ温度を５５℃に設定した場合には、圧縮充填圧力を１．０kg/cm2に設定したときに、線図がそれぞれ略水平になって、予備発泡ビーズの嵩密度が変化しても成形品重量がほとんど変化していないことが判る。
【００７１】
つまり、成形空間１３内に充填する予備発泡ビーズの温度に応じて圧縮充填圧力を設定することで、予備発泡ビーズの嵩密度が変化しても成形品重量が変化しないように成形品を製作できることが判る。また、圧縮充填圧力を調整するよりも予備発泡ビーズの温度を調整する方が制御し易いので、成形空間１３内に充填する予備発泡ビーズの温度を予め設定した設定温度になるように温度調整し、圧縮充填圧力は該設定温度に応じた圧縮充填圧力に固定することが好ましい。
【００７２】
設定温度は、温度調整のためのエネルギー消費量を少なくしてランニングコストを低下するため、３０〜５０℃の範囲内に設定することが好ましい。また、予備発泡ビーズの温度測定は、直接的に測定することが困難なので、予備発泡ビーズを充填している原料タンク２９等に温度センサを付設して測定することになるが、測定温度と実際の温度との温度差が大きくなると、予備発泡ビーズの嵩密度に応じて成形品重量が大きく変動するので、測定温度は設定温度±５℃内に設定することが好ましい。
【００７３】
圧縮充填圧力は、前記設定温度に適応する圧力に設定することになる。具体的には、大気圧よりも大きく、図１１〜図１３から判るように｛（７０−設定温度［℃］）／１０｝kg/cm2の式で得られる値以下に設定することになる。より好ましくは、０．５kg/cm2以上、｛（７０−設定温度［℃］）／１０｝kg/cm2の式で得られる値以下に設定することになる。
【００７４】
次に、前記試験結果を検証するために行った、検証試験について説明する。
前記成形品と同じサイズの成形品を製作すべく、嵩密度５９〜６４ｇ／Ｌの範囲内の複数種類のポリプロピレン製の予備発泡ビーズを用い、これを４０℃の設定温度に保った状態で２．５kg/cm2の圧縮充填圧力で成形空間に圧縮充填し、その後蒸気により予備発泡ビーズを加熱融着させて、ビーズ嵩密度の異なる１００個の成形品を製作した。そして、これら成形品の予備発泡ビーズのビーズ嵩密度と成形品重量との関係を求め、図１４に示す結果を得た。
【００７５】
次に、前記成形品と同じサイズの成形品を製作すべく、嵩密度５１〜５８ｇ／Ｌの範囲内の複数種類のポリプロピレン製の予備発泡ビーズを用い、これを４０℃の設定温度に保った状態で２．０kg/cm2の圧縮充填圧力で成形空間に圧縮充填し、その後蒸気により予備発泡ビーズを加熱融着させて、ビーズ嵩密度の異なる９００個の成形品を製作した。そして、これら成形品の予備発泡ビーズのビーズ嵩密度と成形品重量との関係を求め、図１５に示す結果を得た。
【００７６】
図１４、図１５に示すように、成形空間１３内に充填する予備発泡ビーズの温度と圧縮充填圧力との関係を適正に設定することで、成形品重量は、予備発泡ビーズの嵩密度に応じて多少増加傾向にはなっているが、大きく増加することはなく、成形品重量のバラツキが少なくなっており、前記試験結果が量産時においても適合していることが判る。
【００７７】
また、圧縮充填開始前の予備発泡ビーズの温度条件で、成形品密度を予備発泡ビーズの嵩密度で除算して得られる予備発泡ビーズの圧縮比が１．２〜１．５、好ましくは１．２５〜１．４５となる圧縮充填圧力に設定することになる。つまり、圧縮比が１．２未満の場合には予備発泡ビーズが十分に発泡せず、離型後に成形品が大幅に収縮したり、ビーズ間に隙間が形成されたりして、良品が得られないという問題がある。また、圧縮比が１．５を越える場合には、充填後の成形空間内におけるビーズ粒子間が非常に狭くなり、加熱蒸気がビーズ粒子間を通過せず融着不良となったり、加熱蒸気が通過した箇所のみ過剰発泡し、成形品に割れが発生するとともに、冷却時間が長くなるという問題があるので、圧縮比が１．２〜１．５となるように圧縮充填圧力を設定することが好ましい。
【００７８】
次に、前記型内発泡成形装置１０Ａを用いた予備発泡ビーズの充填方法の一例について説明する。但し、成含工程及びクラッキング充填工程に関しては前述した充填方法と同じなので、圧縮充填工程についてのみ説明する。
先ず、予備発泡ビーズをビーズ温調槽３８に供給し、ビーズ温調槽３８内における予備発泡ビーズの温度を測定しながら、加熱手段３９によりビーズ温調槽３８内を加熱し、予備発泡ビーズの温度を３０〜５０℃の所定の設定温度に調整した後、保温された原料タンク２９に予備発泡ビーズを供給する。
【００７９】
次に、クラッキング充填後、成形型１１，１２を完全に型閉めしてから、成形空間１３内を予備発泡ビーズの設定温度に適応する圧縮充填圧に調整すべく、チャンバ１７，１８と型間空洞部４１と管内空間４５を予め設定された圧縮充填圧力に加圧するとともに、原料タンク２９内を成形空間１３内の圧力よりも多少低く設定することになる。このように、圧縮充填時における予備発泡ビーズの温度を設定温度に設定し、圧縮充填圧力をこの設定温度に適応した圧力に設定するので、前述のように、予備発泡ビーズの嵩密度に多少のバラツキがあっても、一様な重量の成形品を製作することが可能となる。
【００８０】
次に、充填器３１のフィラ、シャッター３２、充填エア弁Ｖ２、調整エア弁Ｖ３を開け予備発泡ビーズの充填を開始する。充填エア弁Ｖ２における充填エア圧力は、原料タンク２９の内圧より少なくとも２ｋｇ／ｃｍ2以上高く、且つ絶対値で４ｋｇ／ｃｍ2以上に設定する。
【００８１】
充填中は、前記充填方法と同様に、予備発泡ビーズを圧縮空気で希釈させながら成形空間１３内に流入させる。こうして、成形空間１３内に流入した圧縮空気は、通気孔２２とクリアランス４０と貫通孔４３とを通ってチャンバ１７，１８と型間空洞部４１と管内空間４５の圧力を上昇させる。この時、チャンバ１７，１８と型間空洞部４１と管内空間４５の圧力をドレン弁ＤＶ１〜ＤＶ４を用いて個別にあるいはいずれかを組合せて制御することにより、予備発泡ビーズの充填され難い部分に対して、先に予備発泡ビーズを充填して、成形品１の各部における密度のバラツキを抑制したり、充填密度を適正に確保することができる。
【００８２】
例えば、チャンバ１７，１８と型間空洞部４１と管内空間４５の内圧が設定圧以上になったときにドレン弁ＤＶ１〜ＤＶ４を順次開放するように構成するとともに、設定圧を第２チャンバ１８＞第１チャンバ１７＞型間空洞部４１＞管内空間４５とすれば、先ずドレン弁ＤＶ４が開放されて難充填部４０に対して予備発泡ビーズが充填され、難充填部４０への予備発泡ビーズの充填が略完了して、チャンバ１７，１８と型間空洞部４１の内圧が高くなると、ドレン弁ＤＶ３が開放されて、成形空間１３の外縁部に予備発泡ビーズが充填される。こうして設定圧の小さいものから順番にドレン弁が開放されて、成形空間１３に予備発泡ビーズが充填されることになる。
【００８３】
また、別の制御方法としては、充填工程を４つに分け、第１の工程ではドレン弁ＤＶ４のみを使用して管内空間４５の空気圧力を制御し、第２の工程ではドレン弁ＤＶ３、ＤＶ４を用いて型間空洞部４１と管内空間４５の空気圧力を制御し、第３の工程では排気弁ＤＶ１、ＤＶ３、ＤＶ４を用いて第１チャンバ１７と型間空洞部４１と管内空間４５の空気圧力を制御し、第４工程では、排気弁ＤＶ１〜ＤＶ４を用いてチャンバ１７，１８と型間空洞部４１と管内空間４５の空気圧力を制御しつつ、予備発泡ビーズを成形空間１３内に順次充填する。
【００８４】
こうして、予備発泡ビーズを充填した後、充填器３１のフィラを閉めるとともに調整エア弁Ｖ３を閉め、充填エアを用いて充填器３１並びに充填管３３内に残っている予備発泡ビーズを原料タンク２９に戻し、その後充填エア弁Ｖ２並びにシャッター３２を閉めることで充填サイクルは終了し、加熱、冷却、離型の一連の通常成形工程を順次行って、所定成形品１を得ることになる。
【００８５】
尚、前記型内発泡成形装置１０Ａにおいては、クリアランス４０及び型間空洞部４１を形成しているので、これを有効に利用し、クリアランス４０及び型間空洞部４１における用役流体を次のように制御しながら加熱、冷却、離型を行うことも可能である。
【００８６】
即ち、加熱工程において、型間空洞部４１及びクリアランス４０に蒸気を導入して、クリアランス４０の周辺部を加熱するとともに、成形空間１３内にも送入して、成形空間１３の外周先端部分１３ａの予備発泡ビーズの加熱を補う操作を行う。
【００８７】
この場合には、従来比較的熱容量が大きく温度が上昇しにくかった、両成形型１１，１２の外周部を構成するフランジ部１１ａ，１２ａが直接加熱されるようになるので、外周先端部分１３ａの予備発泡ビーズの迅速な温度上昇が可能になるから、結局、成形時間合計を短縮できるという利点が得られるのである。
【００８８】
この他、蒸気による外周先端部分１３ａのエアパージが確実になる、あるいはクリアランス４０を通じて独立した調圧操作が可能となるので、チャンバ圧に対して蒸気圧をプラス、マイナスなどコントロールして成形型１１，１２内の温度バランスを最も好ましい状態に設定でき、大幅なサイクル時間削減あるいは省エネ効果が期待できる。
【００８９】
冷却工程において、冷却水の注水の他、前記クリアランス４０を通して成形空間１３内を減圧して、注水によって成形空間１３内に侵入した水分の気化による冷却を促進するとともに、ドレンを排出する操作を行う。
この場合においても、熱容量が大きく温度が下がりにくい成形型１１，１２のフランジ部１１ａ，１２ａの温度低下を促進できるから、サイクル時間の削減に大いに貢献できるのである。
【００９０】
離型工程において、前記クリアランス４０、型間空洞部４１に溜まっているドレンを排出する操作を行う。その結果、前記冷却時の注水によって生じたクリアランス４０、型間空洞部４１に溜まるドレンが除去できるから、離型のために型開きしても作業場を水濡れ状態にするなどの不具合が解消できる。
【００９１】
尚、これまでの説明では、コア型１１に仕切壁成形部１３ｂが設けられている場合について説明したが、仕切壁成形部１３ｂがキャビティ型１２側に設けられている場合には、これまでの説明におけるチャンバ１７，１８を逆に読み替えた方法を採用することにより、全く同様な作用と効果を得ることができる。また、本実施例では、成形品１の各部における密度が一様になるように、チャンバ１７，１８と型間空洞部４１と管内空間４５の内圧を調整したが、局部的に強度を高めたい部分における予備発泡ビーズの充填密度を高めることも可能である。また、成形品１以外の各種形状の成形品を成形する場合においても、本発明を勿論適用することが可能である。
【００９２】
このようにして成形した成形品１は、例えば薄肉部５の型開閉方向に対する肉厚が３〜１０ｍｍに構成されたものや、仕切壁４の肉厚が２０ｍｍ以下、好ましくは３〜１５ｍｍ、より好ましくは５〜１０ｍｍの薄肉に構成されたものや、成形品１の仕切壁４の厚さ方向に配置されるビーズの個数が３個以下のものなど、従来充填困難であると考えられていたような成形品１であっても、各部における密度が平均密度の±５％以内、好ましくは±４％以内、より好ましくは±３％以内に設定された密度のバラツキの少ない品質のよい成形品１となる。また、予備発泡ビーズの温度を設定温度に保ち、圧縮充填圧力を設定温度に適応する圧力に保った状態で成形するので、例えば９００ｇの成形品を成形するときにおける成形品の重量バラツキ３σを、従来の成形方法では１０％であったものを、３％以下に調整することが可能となり、各成形ショット間における成形品の重量バラツキが少なく、成形品品質及び収率のよい成形品となる。
【００９３】
本発明は、例えばカップ麺の容器のような小さく単純な形状をした成形品１よりも、比較的大きく、複雑な形状をした包装体を成形するときに効果を発揮し、有用なものである。特に、厚肉部と薄肉部５とを共に有するような、集合包装体に有益である。また、各成形ショット間における重量バラツキが少なくなることから、自動車用バンパーの芯材のように、機械的強度と重量に対する制約が厳しい成形品にも好適に利用できる。
【００９４】
【発明の効果】
請求項１に係るポリオレフィン系樹脂の型内発泡成形方法によれば、クラッキング充填と圧縮充填とを順次行って予備発泡ビーズを充填するので、成形品各部における密度が一様な品質の良い成形品を製作できる。また、予備発泡ビーズの充填密度のバラツキが少なくなることから、加熱、冷却のためのエネルギーロスを少なくでき、成形サイクルを短縮して生産性を向上できる。
また、ポリオレフィン系樹脂からなる予備発泡ビーズは、素材自体が軟らかく、しかもガス透過性が高いことから、同一発泡倍率のポリスチレン系樹脂からなる予備発泡ビーズよりも格段に粒子形状が変形しやすく、充填性を一層向上できるので好ましい。
【００９５】
更に、クラッキング充填完了後の型開閉方向に薄肉な薄肉成形部における予備発泡ビーズの充填密度が適正値になるように、クラッキング充填により成形空間内に予備発泡ビーズを充填するので、成形空間内に充填した予備発泡ビーズの充填密度を一様に且つ適正値に設定することが可能となる。
【００９６】
本発明に係る成形方法では、請求項２記載のように、薄肉部の型開閉方向の厚さを予備発泡ビーズの直径の５０〜３００％に設定した成形品でも、成形性や品質を低下させることなく製作することが可能となる。
【００９７】
請求項３記載の成形方法によれば、圧縮充填時に、３つのチャンバの無機ガス圧を個別に或いはいずれかの組み合わせにより制御し、圧縮した予備発泡ビーズを無機ガスの流れに乗せて成形空間内へ充填するので、例えば予備発泡ビーズが充填されにくい難充填部に対して先に予備発泡ビーズが充填されるように、各チャンバの無機ガス圧を制御することで、成形品の各部における充填密度を一様に設定できる。このため予備発泡ビーズが充填されにくい、例えば薄肉な仕切壁を有するような成形品でも、充填器の個数を増やすことなく、成形品の各部における充填密度を適正な値に設定できる。また、強度、剛性を高めたい部分に対して先に予備発泡ビーズを充填すると、該部分における充填密度を局部的に高めてその強度を高めることが可能となる。
【００９８】
請求項４記載のように、第３チャンバとして、コア型とキャビティ型間のクリアランスを介して成形空間に連通する単数又は複数のチャンバを備えると、クリアランスを介して成形空間の外周部に流入した充填用の無機ガスを効率的に外部へ排出できるので、例えば底の深い容器等を製作するときには、容器の開口縁に対応する位置にクリアランスが形成されるように構成することで、充填器の個数を増やすことなく、予備発泡ビーズの充填密度を適正に設定でき、容器の品質を向上することが可能となる。
【００９９】
請求項５記載のように、第３チャンバとして、予備発泡ビーズが充填され難い有底な幅狭状の仕切壁成形部の奥部に連通する単数又は複数のチャンバを備えると、充填密度を十分に確保できないことから、従来成形困難であると考えられていた例えば厚さ２０ｍｍ以下の仕切壁を有するような複雑形状の成形品でも、仕切壁成形部に対して先に予備発泡ビーズを充填することで、仕切壁成形部における予備発泡ビーズの充填密度を高めて、適正な密度の品質のよい成形品を製作することが可能となる。
【０１００】
請求項６記載のように、第３チャンバとして、予備発泡ビーズの充填器から離れている成形空間の遠隔部の奥部に連通する単数又は複数のチャンバを備えると、予備発泡ビーズの充填密度が低下し易い遠隔部の充填密度を十分に確保でき、品質のよい成形品を製作することが可能となる。
【０１０１】
請求項７記載のように、成形空間に充填する予備発泡ビーズを、３０〜５０℃の範囲内の設定温度を中心とした±５℃の一定温度に温度調整するとともに、圧縮充填圧力を前記設定温度に適応する圧力であって大気圧よりも大きく、｛（７０−設定温度［℃］）／１０｝kg/cm2の式で得られる値以下の一定圧力に設定すると、予備発泡ビーズの嵩密度が各成形ショット間において予備発泡ビーズの移送時における分級等により変動しても、その悪影響を受けることなく一様な重量の成形品を製作できるので、成形品の品質安定性を格段に向上できる。
また、予備発泡ビーズの温度を設定温度±５℃の範内に設定するので、比較的容易に温度調整可能で、しかも各成形ショット間における成形品の嵩密度のバラツキを、成形品の品質に悪影響を及ぼさない程度に低減できるので好ましい。
【０１０２】
請求項８記載のように、前記設定温度において、成形品密度を予備発泡ビーズの嵩密度で除算して得られる予備発泡ビーズの圧縮比が１．２〜１．５となる圧縮充填圧力に設定すると、成形のサイクルタイムを短くして生産性を向上できるとともに、ビーズ同士が適正に密着した品質の良い成形品を成形できる。また、成形品の嵩密度と予備発泡ビーズの嵩密度とが接近するので、予備発泡ビーズの輸送効率や保管効率を高めることが可能となる。
【０１０３】
請求項９記載のように、予備発泡ビーズとして、ポリオレフィン系樹脂からなり、セル径が１００〜９００μｍ、発泡倍率が５〜６０倍、ＤＳＣ２'ｎｄピーク比が８〜６０％、独立気泡率が６５％以上のポリオレフィン系樹脂からなる予備発泡ビーズを用いると、成形品の表面性を向上し、その外観の見栄性を向上できるとともに、成形時の加熱条件に対する制約を緩和して、成形性及び省エネ性を向上できる。
【０１０４】
予備発泡ビーズとしては、ポリオレフィン系樹脂からなるものであれば任意の素材からなるものを採用できるが、安価で且つ入手が容易なことから、請求項１０記載のようにポリプロピレン系樹脂や、請求項１１記載のようにポリエチレン系樹脂からなるものを採用することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 成形品の斜視図
【図２】 成形品の縦断面図
【図３】 型内発泡成形装置の縦断面図
【図４】 通気孔付近の縦断面図
【図５】 コアベントの正面図
【図６】 クラッキング充填工程の説明図
【図７】 圧縮充填工程の説明図
【図８】 他の構成の型内発泡成形装置の縦断面図
【図９】 両成形型の合わせ目付近の縦断面図
【図１０】 他の構成の型内発泡成形装置の図９相当図
【図１１】 予備発泡ビーズの嵩密度と成形品重量との関係を示す線図
【図１２】 予備発泡ビーズの嵩密度と成形品重量との関係を示す線図
【図１３】 予備発泡ビーズの嵩密度と成形品重量との関係を示す線図
【図１４】 予備発泡ビーズの嵩密度と成形品重量との関係を示す線図
【図１５】 予備発泡ビーズの嵩密度と成形品重量との関係を示す線図
【図１６】 従来技術に係る型内発泡成形装置の縦断面図
【符号の説明】
１ 成形品 ２ 本体部
３ 収容空間 ４ 仕切壁
５ 薄肉部
１０ 型内発泡成形装置
１１ コア型 １２ キャビティ型
１１ａ，１２ａ フランジ部
１３ 成形空間 １３ａ 外周先端部分
１３ｂ 仕切壁成形部 １３ｃ 薄肉成形部
１４ 枠状フレーム １５ 裏板
１６ ハウジング １７ 第１チャンバ
１８ 第２チャンバ １９ 未充填空間
２０ コアベント
２１ コアベントホール
２２ 通気孔 ２３ 取付孔
２２ａ 貫通孔 ２２ｂ 長孔
ＳＶ１〜ＳＶ３ 用役弁
ＳＷＶ１〜ＳＷＶ４ 切替弁
ＤＶ１〜ＤＶ４ ドレン弁
Ｖ１ 吸気弁 Ｖ２ 充填エア弁
Ｖ３ 調整エア弁
２５ 蒸気供給管 ２６ エア供給管
２７ ドレン管 Ｐ 真空ポンプ
２８ 減圧管 ２９ 原料タンク
３０ 吸気管 ３１ 充填器
３２ シャッター ３３ 充填管
３４ 充填エア供給管
３５ 調整エア供給管
３６ 温調手段
３７ａ 温度センサ ３７ｂ 温度センサ
３８ ビーズ温調槽 ３９ 加熱手段
４０ クリアランス ４１ 型間空洞部
４２ 隔壁 ４３ 貫通孔
４４ 排気管 ４５ 管内空間
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリオレフィン系樹脂の型内発泡成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性合成樹脂からなる予備発泡ビーズを用いて成形品を製作する型内発泡成形装置として、図１６に示すように、対向配置した１組の成形型１００、１０１と、予備発泡ビーズを両成形型１００、１０１により形成される成形空間１０４内に充填するための充填器１１１とを備え、両成形型１００、１０１の背面側にチャンバ１０２、１０３をそれぞれ形成するとともに、両成形型１００、１０１にチャンバ１０２、１０３と成形空間１０４とを連通する多数の通気孔１０５、１０６をそれぞれ形成し、成形に必要な蒸気や空気や冷却水などの用役流体をチャンバ１０２、１０３を介して成形空間１０４に供給するように構成したものが実用化されている。なお、この事例では、それぞれのチャンバ１０２、１０３の上部に加熱蒸気を供給するための上部用役口１０７、１０８を設け、下部に減圧ポンプあるいはドレン配管に接続された下部用役口１０９、１１０を設けて、成形空間１０４に対して蒸気を供給するように構成されている。
【０００３】
また、成形型１００、１０１に透設された多数の通気孔１０５、１０６は、実際には、０．５ｍｍφ程度の丸孔や幅０．５ｍｍ程度のスリットからなる貫通孔を複数個透設した外径７〜１２ｍｍの蓋を有する筒体からなるコアベントを、成形型１００、１０１に孔明け配置したコアベント取付孔に嵌め込んで形成したものと、成形型１００，１０１に直接的に形成した０．５ｍｍφ程度のコアベントホールとで構成され、これらの通気孔１０５、１０６は、成形型１００、１０１に２０〜５０ｍｍのピッチで設けられている。
【０００４】
このような発泡成形装置を用いて発泡成形品の成形する場合には、先ず、成形型を型閉して成形空間１０４を形成し、ポリスチレンなどの予備発泡させた予備発泡ビーズを原料タンク（図示略）から充填器１１１を通じて成形空間１０４内に送入して充填し、次に成形空間１０４内の予備発泡ビーズを加熱蒸気で加熱し、発泡融着させてから冷却固化し、成形型１００、１０１を型開して発泡成形品を取り出すことになる。
【０００５】
予備発泡ビーズの充填方法としては、[1]クラッキング充填法、[2]加圧充填法、[3]圧縮充填法などが広く採用されている。
[1]クラッキング充填法は、コア型並びにキャビティ型に配置された通気孔からだけでは、充填時に使用する空気を十分に排気できないときに採用する方法で、充填時に、コア型とキャビティ型とを完全に型閉めせず（クラッキング）、例えば成形品の底肉厚の１０％だけ開けておき、コア型とキャビティ型間の隙間からも充填時に使用する空気を排出する方法である。
【０００６】
[2]加圧充填法は、予備発泡ビーズを収容した原料タンク内を０．２〜１．５ｋｇ／ｃｍ2程度に加圧し、成形空間内を通気孔及びチャンバを通じて大気圧に開放した状態で、原料タンクと成形空間との差圧を利用して、成形空間内に予備発泡ビーズを搬送して充填する方法である。
【０００７】
[3]圧縮充填法は、原料タンク内の圧力ｐを加圧充填法よりも高めの１．０〜５．０ｋｇ／ｃｍ2程度に加圧し、一方のチャンバ内を加圧して、通気孔を通じて連通している成形空間内の圧力ｐ１の差圧（ｐ−ｐ１）を維持しながら、予備発泡ビーズを搬送して充填する方法である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
クラッキング充填法では、成形空間の外縁部に対してもクラッキング隙間を介して十分に予備発泡ビーズを充填できる利点を有しているが、予備発泡ビーズの充填後にコア型とキャビティ型とを型閉めする関係上、クラッキング隙間分だけ成形品の底部の密度が他の部分より高くなる。逆に、厚肉部分においてはビーズの圧縮不足による発泡力不足が発生するため、過剰なクラッキングをとる必要があり、薄肉部との密度差がさらに拡大する。この厚肉部の発泡力を補うために予備発泡ビーズ内に無機ガスを圧入する工程を設ける必要があり、成形工程が複雑になる。一方、加圧充填法及び圧縮充填法では、コア型とキャビティ型とを型閉めした状態で予備発泡ビーズを充填する関係上、クラッキング充填法のように成形品の底部の密度が他の部分よりも高くなることはないが、成形空間の外縁部が突き当たり状態となるので、該部分における充填密度が低下し易くなるし、予備発泡ビーズ径と同等或いはそれよりも小さい厚さの薄肉部を有する成形品に対しては、この薄肉部への予備発泡ビーズの充填が良好に行えず、成形不良が発生する。
【０００９】
このように、前記３つの充填方法はいずれも長所と短所とを備えており、成形品形状等に応じて採用する充填方法を決定することになるが、いずれの充填方法においても、成形品形状が複雑になると充填密度が成形空間の各部で変動することは回避できず、通常は充填器の使用本数を増やすことで、充填密度の変動が極力少なくなるように構成している。しかし、充填器の使用本数を増やすにも限界があり、また、瞬間的な空気圧低下、成形空間からの空気排気が充分行えなくなる等、却って充填密度の変動を引き起こす結果となることもある。このため、充填器の使用本数、充填器の配置は、金型設計者にとっては悩みの種であり、また試行錯誤的要素が非常に多く、標準化が非常に困難な分野であった。特に、充填器から離れた部分や、幅の狭い有底な部分などに対する予備発泡ビーズの充填密度は低くなり易く、これらの難充填部に対する充填密度を適正値にするためには、全体的に充填密度を高くする必要があり、均一密度の時と比較して、成形品重量が重くなる。
【００１０】
また、成形性の面から考えてみると、充填された予備発泡ビーズを蒸気で加熱するときには、充填密度の低い部分の予備発泡ビーズが十分に融着するように、予備発泡ビーズをより大きく発泡させる必要があり、加熱蒸気圧を上げる方向に設定することから、エネルギー使用量が大きくなるとともに成形サイクルが長くなる。また、充填密度の低い部分に応じて加熱蒸気圧を高めに設定するので、充填密度の高い部分においては過剰な加熱となって、発泡圧力が通常の成形よりも高くなる。このため、成形品の冷却時には、この高い発泡圧力を離型可能な発泡圧力まで下げるために長い時間を要し、成形サイクルが長くなり生産性を落とす。更に、加熱・冷却時の成形品各部の発泡圧力が不均一になることから離型性が悪く、また充填性が悪いことから、生産性や収率が低下するという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、成形品のうちの型開閉方向に薄肉な薄肉部における予備発泡ビーズの充填密度を適正に設定可能なポリオレフィン系樹脂の型内発泡成形方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段及びその作用】
請求項１に係るポリオレフィン系樹脂の型内発泡成形方法は、型開閉方向に薄肉な薄肉部を有する成形品を成形するための型内発泡成形方法であって、クラッキング隙間が形成されるように両成形型を型閉めした状態で、クラッキング充填によりポリオレフィン系樹脂からなる予備発泡ビーズを成形空間内に充填し、次に両成形型を完全に型閉めした状態で、圧縮充填により予備発泡ビーズを充填して、成形空間内に予備発泡ビーズを充填するにあたり、クラッキング充填完了後に両成形型を完全に型閉めした状態で、型開閉方向に薄肉な薄肉成形部における予備発泡ビーズの充填密度が適正値なるように、クラッキング充填において成形空間内に予備発泡ビーズを充填し、圧縮充填において、薄肉成形部以外における成形空間内の予備発泡ビーズの充填密度が、前記適正値になるまで予備発泡ビーズを圧縮充填して、成形空間内における予備発泡ビーズの充填密度を一様に且つ前記適正値に設定するものである。
【００１３】
この成形方法においては、クラッキング充填と圧縮充填とを順次行って、予備発泡ビーズを成形空間内に充填することになるが、クラッキング充填時において両成形型は、クラッキング隙間分だけ型開閉方向に離間した状態となるので、成形品に型開閉方向に薄肉な薄肉部が形成されていたとしても、この薄肉部を成形する薄肉成形部は、クラッキング隙間分だけその厚さを型開閉方向に増しているので、薄肉成形部に対する予備発泡ビーズの充填は円滑に且つ十分になされることになる。また、クラッキング充填後に、両成形型を完全に型閉めすると、薄肉成形部における予備発泡ビーズの充填密度は、他の部分よりも高くなるが、その後の圧縮充填により他の部分の充填密度も薄肉成形部内における予備発泡ビーズの充填密度に接近するので、成形空間内に充填した予備発泡ビーズの充填密度を全体的に略均一に設定することが可能となる。このように、本発明では、クラッキング充填と圧縮充填とを順次行って予備発泡ビーズを充填することで、成形品各部における密度が一様な品質の良い成形品を製作できる。また、予備発泡ビーズの充填密度のバラツキが少なくなることから、加熱、冷却のためのエネルギーロスを少なくでき、成形サイクルを短縮して生産性を向上できる。
【００１４】
また、ポリオレフィン系樹脂からなる予備発泡ビーズは、素材自体が軟らかく、しかもガス透過性が高いことから、同一発泡倍率のポリスチレン系樹脂からなる予備発泡ビーズよりも格段に粒子形状が変形しやすく、充填性を一層向上できるので好ましい。
【００１５】
更に、クラッキング充填完了後の型開閉方向に薄肉な薄肉成形部における予備発泡ビーズの充填密度が適正値になるように、クラッキング充填により成形空間内に予備発泡ビーズを充填するので、予備発泡ビーズをクラッキング充填した状態で、薄肉成形部以外の部分における予備発泡ビーズの充填密度は適正値よりも低くなるが、クラッキング充填後の圧縮充填では、この充填密度の低い箇所に対して予備発泡ビーズが十分に充填されて充填密度が適正値まで高められるので、成形空間内に充填した予備発泡ビーズの充填密度を一様に且つ適正値に設定することが可能となる。
【００１６】
請求項２記載の成形方法は、前記薄肉部の型開閉方向の厚さを予備発泡ビーズの直径の５０〜３００％に設定したものである。このような厚さの薄肉部を有する成形品の成形方法では、薄肉成形部における予備発泡ビーズの充填密度を十分に確保できないことから、従来、クラッキング充填法により予備発泡ビーズを充填していたが、クラッキング充填法では前述のように、成形品底部の密度が他の部分と比較して高くなり、成形品重量が重くなったり、加熱冷却のためのエネルギーロスが大きくなったり、成形サイクルが長くなって生産性が低下するという問題がある。本発明では、このような厚さの薄肉部を有する成形品でも、成形性や品質を低下させることなく製作することが可能となる。
【００１７】
請求項３記載の成形方法は、両成形型間に形成される成形空間と、この成形空間における用役流体を制御するための少なくとも３つのチャンバであって、成形空間に連通するコア型背面側の第１チャンバと、成形空間に連通するキャビティ型背面側の第２チャンバと、成形空間のうちの予備発泡ビーズが充填されにくい難充填部に連通する第３チャンバとを備えた型内発泡成形装置を用い、予備発泡ビーズの圧縮充填時に、各チャンバの無機ガス圧を個別に或いはいずれかの組み合わせにより制御しながら、成形空間内に予備発泡ビーズを圧縮充填するものである。
【００１８】
前記請求項１又は２に記載の成形方法では、クラッキング充填後、圧縮充填のために成形空間内の圧力を高めるが、このとき成形空間内の予備発泡ビーズが収縮して、充填密度が低い薄肉成形部以外の部分においては、予備発泡ビーズの充填されていない空間部分が形成されることになる。請求項３記載の成形方法では、この空間部分を利用して、圧縮充填時において予備発泡ビーズを移動させるとともにその移動を制御しようとするものである。具体的には、ポリオレフィン系樹脂からなる予備発泡ビーズを無機ガスで圧縮した状態で、３つのチャンバの無機ガス圧を個別に或いはいずれかの組み合わせにより制御し、圧縮した予備発泡ビーズを無機ガスの流れに乗せて成形空間内へ充填する新しい圧縮充填方法を採用し、例えば予備発泡ビーズが充填されにくい難充填部に対して先に予備発泡ビーズが充填されるように、各チャンバの無機ガス圧を制御することで、成形品の各部における充填密度を一様に設定することになる。このため予備発泡ビーズが充填されにくい、例えば薄肉な仕切壁を有するような成形品でも、充填器の個数を増やすことなく、成形品の各部における充填密度を適正な値に設定できる。また、強度、剛性を高めたい部分に対して先に予備発泡ビーズを充填すると、該部分における充填密度を局部的に高めてその強度を高めることが可能となる。このような予備発泡ビーズが充填されにくい難充填部への予備発泡ビーズの送入操作は、難充填部に対して集中的に予備発泡ビーズが充填されるように複数回に分けて行ってもよい。
【００１９】
請求項４記載の成形方法は、前記第３チャンバとして、コア型とキャビティ型間のクリアランスを介して成形空間に連通する単数又は複数のチャンバを備えたものである。この場合には、クリアランスを介して成形空間の外周部に流入した充填用の無機ガスを効率的に外部へ排出できるので、例えば底の深い容器等を製作するときには、容器の開口縁に対応する位置にクリアランスが形成されるように構成することで、充填器の個数を増やすことなく、予備発泡ビーズの充填密度を適正に設定でき、容器の品質を向上することが可能となる。
【００２０】
請求項５記載の成形方法は、前記第３チャンバとして、予備発泡ビーズが充填され難い有底な幅狭状の仕切壁成形部の奥部に連通する単数又は複数のチャンバを備え、予備発泡ビーズの充填時に、仕切壁成形部に対して先に予備発泡ビーズが充填されるように３つのチャンバの無機ガス圧を制御するものである。この場合には、充填密度を十分に確保できないことから、従来成形困難であると考えられていた例えば厚さ２０ｍｍ以下の仕切壁を有するような複雑形状の成形品でも、仕切壁成形部に対して先に予備発泡ビーズを充填することで、仕切壁成形部における予備発泡ビーズの充填密度を高めて、適正な密度の品質のよい成形品を製作することが可能となる。
【００２１】
請求項６記載の成形方法は、前記第３チャンバとして、予備発泡ビーズの充填器から離れている成形空間の遠隔部の奥部に連通する単数又は複数のチャンバを備え、予備発泡ビーズの充填時に、遠隔部に対して先に予備発泡ビーズが充填されるように無機ガス圧を制御するものである。このように構成すると、予備発泡ビーズの充填密度が低下し易い遠隔部の充填密度を十分に確保でき、品質のよい成形品を製作することが可能となる。
【００２２】
請求項７記載の成形方法は、成形空間に充填する予備発泡ビーズを、３０〜５０℃の範囲内の設定温度を中心とした±５℃の一定温度に温度調整するとともに、圧縮充填圧力を前記設定温度に適応する圧力であって大気圧よりも大きく、｛（７０−設定温度［℃］）／１０｝kg/cm2の式で得られる値以下の一定圧力に設定したものである。
【００２３】
この成形方法においては、成形ショット間における成形品の重量バラツキを格段に少なくできる。つまり、予備発泡ビーズは、その製作上の制約から、ビーズ１粒ずつを同一嵩密度に発泡させることは困難で、目標となる嵩密度を中心として、前後に倍率分布を持つ粒子の混合体となる。このため、サイロから成形空間への移送過程において、どうしても分級が発生することから、成形ショット毎に使用する予備発泡ビーズの嵩密度にバラツキが発生して、成形ショット毎の成形品重量にバラツキが発生しようとするが、本発明では、予備発泡ビーズの温度を一定な設定温度に管理するとともに、圧縮充填圧力をこの設定温度に適応する圧力に設定することで、成形品の重量バラツキを防止できる。
【００２４】
但し、予備発泡ビーズの見掛け密度に応じて、あるいは見掛け密度と温度とに応じて、圧縮充填圧力を設定するようにしてもよいが、見掛け密度を測定するための手段は大掛かりなものであり、しかも温度調整に比して嵩密度（発泡倍率）のバラツキの調整能力が小さいので、温度を一定に調整することが好ましい。また、変動する予備発泡ビーズの温度に応じて圧縮充填圧を調整することも可能であるが、圧縮充填圧の調整は温度調整よりも煩雑な制御が必要になるので、予備発泡ビーズの温度が一定に調整することが好ましい。
【００２５】
また、予備発泡ビーズの温度は、設定温度に厳密に調整することが最も好ましいが、直接的に温度測定することが困難なので、設定温度に対してある程度の幅をもたせることになるが、その幅が設定温度±５℃の範内であれば、比較的容易に温度調整可能で、しかも各成形ショット間における成形品の嵩密度のバラツキを、成形品の品質に悪影響を及ぼさない程度に低減できるので好ましい。
【００２６】
請求項８記載の成形方法は、前記設定温度において、成形品密度を予備発泡ビーズの嵩密度で除算して得られる予備発泡ビーズの圧縮比が１．２〜１．５となる圧縮充填圧力に設定するものである。
つまり、圧縮比が１．２未満の場合には予備発泡ビーズが十分に発泡せず、離型後に成形品が大幅に収縮したり、ビーズ間に隙間が形成されたりして、良品が得られないという問題がある。また、圧縮比が１．５を越える場合には、充填後の成形空間内におけるビーズ粒子間が非常に狭くなり、加熱蒸気がビーズ粒子間を通過せず融着不良となったり、加熱蒸気が通過した箇所のみ過剰発泡し、成形品に割れが発生するとともに、冷却時間が長くなるという問題があるので、圧縮比が１．２〜１．５となるように圧縮充填圧力を設定することが好ましい。
【００２７】
また、前記圧縮比は、従来の成形方法では、十分な充填性能を確保するため、一般的には１．４以上に設定され、薄肉深物形状の成形品を成形する場合には、１．５〜１．６以上に保つ必要がある。ところが、このように圧縮比を高く設定した場合、予備発泡ビーズ同士が融着するのに必要な蒸気温度に対して樹脂発泡圧が高くなってしまい、長い冷却サイクルを必要とし、生産性が低下する。本発明では、圧縮比を低く設定しているので生産性を向上できるとともに、成形品の嵩密度と予備発泡ビーズの嵩密度とを接近させることで、予備発泡ビーズの輸送効率や保管効率を高めることが可能となる。特に、請求項４記載のように成形することで、成形品各部における予備発泡ビーズの充填密度を一様に設定できるので、成形品の品質を十分に確保しつつ生産性を向上することが可能となる。
【００２８】
請求項９記載の成形方法は、前記予備発泡ビーズとして、ポリオレフィン系樹脂からなり、セル径が１００〜９００μｍ、発泡倍率が５〜６０倍、ＤＳＣ２'ｎｄピーク比が８〜６０％、独立気泡率が６５％以上のポリオレフィン系樹脂からなる予備発泡ビーズを用いたものである。
【００２９】
この成形方法においては、予備発泡ビーズとして、セル径が１００〜９００μｍ、発泡倍率が５〜６０倍、ＤＳＣ２’ｎｄピーク比が８〜６０％、独立気泡率が６５％以上のものを使用しているので、下記のように成形品の表面性を向上し、その外観の見栄性を向上できるとともに、成形時の加熱条件に対する制約を緩和して、成形性及び省エネ性を向上できる。
【００３０】
セル径は、１００μｍ未満の場合には、成形時に表面伸びが悪く、ヒケ易く、表面外観の見栄えが劣るという問題があり、９００μｍを越える場合には、セル径が不均一になり易く、セル径が大きいため表面のきめが粗く、表面外観が劣るという問題があるので、１００〜９００μｍの範囲内に設定することが好ましい。
発泡倍率は、特に制限はないが５〜６０倍（発泡ビーズの嵩倍率）程度が好ましい。
【００３１】
ＤＳＣ２’ｎｄピーク比は、８％〜６０％に設定することが好ましい。ＤＳＣ２’ｎｄピーク比とは、基材樹脂を加熱したときに、基材樹脂の結晶融点に起因して形成される、低温側と高温側の２つのＤＳＣ（示差走査熱量測定）のピークの合計面積に対する高温側ピークの面積の割合であり、このＤＳＣ２’ｎｄピーク比が、８％未満の場合には、成形時の加熱条件幅が狭く、成形体が収縮し易く、ヒケ易い。また、６０％を越えると、加熱条件を大幅にアップする必要があり、成形機の大型化が必要であり、且つ省エネルギーという観点からもマイナスとなるので８〜６０％に設定することが好ましい。
【００３２】
独立気泡率は、６５％未満の場合には、成形時の加熱圧をアップしてなんとかビーズ同士を融着させたとしても、成形体の収縮、ヒケが大きくなり易く、目標の品質の成形体が得られ難くなるので、６５％以上に設定することが好ましい。
【００３３】
予備発泡ビーズとしては、ポリオレフィン系樹脂からなるものであれば任意の素材からなるものを採用できるが、安価で且つ入手が容易なことから、請求項１０記載のようにポリプロピレン系樹脂や、請求項１１記載のようにポリエチレン系樹脂からなるものを採用することが好ましい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
先ず、成形品の構成について説明する。
図１、図２に示すように、成形品１は、ポリオレフィン系樹脂製の予備発泡ビーズを用いて後述の型内発泡成形装置１０、１０Ａを用いて一体成形したもので、有底な箱状の本体部２と、本体部２内を複数の収容空間３に区画する仕切壁４と、本体部２の上縁から外方へ延びる鍔状の薄肉部５とを備え、収容空間３内に各種物品を整列状に収容するように構成したものである。尚、後述する型内発泡成形装置１０，１０Ａ及び成形方法では、任意の形状やサイズの成形品を製作することが可能であるが、薄肉部５のように型開閉方向に対する厚さの薄い薄肉部５を有する成形品１を成形するのに特に好適である。また、成形品１のように複雑な形状の成形品や、薄肉部と厚肉部とが混在する成形品や、自動車のバンパーの芯材などのように成形品の強度及び重量に対する制約が厳しい成形品を成形するのにも好適であるが、単なる箱状や板状の単純な形状の成形品を成形することも可能である。
【００３５】
仕切壁４の厚さＴは２０ｍｍ以下に設定され、仕切壁４の高さＨ（ｍｍ）と厚さＴ（ｍｍ）とは、Ｈ／Ｔ≧１０の関係式が成り立つように構成されている。このような構成の仕切壁４を有する成形品１は、従来の成形方法では成形困難であったが、後述する本発明の成形方法により品質を低下させることなく成形できる。また、仕切壁４には所定の抜き勾配が形成され、成形品１を離型するときに、仕切壁４が破損しないように構成されている。
また、薄肉部５の型開閉方向の厚さは、予備発泡ビーズの直径の５０〜３００％、より具体的には、３〜１０ｍｍに設定されている。従来このような薄肉部５は、これを成形するための薄肉成形部１３ｃに対する予備発泡ビーズの充填が困難なことから、加圧充填法や圧縮充填法を用いた成形方法では成形困難であり、またクラッキング充填法を用いる場合には充填できるものの、底部の充填密度が高くなって成形品重量が重くなったり、充填密度のバラツキにより生産性が低下したりするという問題が発生し易い部分である。
【００３６】
次に、この型内発泡成形装置で使用する予備発泡ビーズについて説明する。
予備発泡ビーズの素材としては、製作する成形品１の使用条件などに応じた物性の素材を選択することになるが、ポリエチレン系樹脂やポリプロピレン系樹脂などのポリオレフィン系合成樹脂材料、あるいはこれらの合成樹脂材料の共重合体などが採用されている。具体的には、エチレンプロピレンランダムポリプロピレン樹脂、エチレンプロピレンブロックポリプロピレン樹脂、ホモポリプロピレンエチレンプロピレンブテンランダムターポリマー、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、架橋低密度ポリエチレン（架橋ＬＤＰＥ）などを好適に利用できる。予備発泡ビーズとして、ポリスチレン系樹脂からなる予備発泡ビーズを用いることも可能であるが、ポリオレフィン系樹脂の予備発泡ビーズの方が、素材自体が軟らかく、しかもガス透過性が高いことから、同一発泡倍率のポリスチレン系樹脂からなる予備発泡ビーズよりも格段に粒子形状が変形しやすので、本発明の目的であるところの充填性の改善効果を発揮する上で好ましい。しかも、ポリスチレン系樹脂は、ポリオレフィン系樹脂よりも予備発泡ビーズの形状のバラツキが大きくて充填性が劣るのが一般的であることからも、ポリオレフィン系合成樹脂材料からなる予備発泡ビーズの方が本願の充填方法の効果が表われやすいのである。
【００３７】
予備発泡ビーズのセル径は、１００μｍ未満の場合には、成形時に表面伸びが悪く、ヒケ易く、表面外観の見栄えが劣るという問題があり、９００μｍを越える場合には、セル径が不均一になり易く、セル径が大きいため表面のきめが粗く、表面外観が劣るという問題があるので、１００〜９００μｍの範囲内、より好ましくは１５０〜７００μｍ、特に好ましくは１７０〜５５０μｍに設定することになる。
発泡倍率は、特に制限はないが５〜６０倍（発泡ビーズの嵩倍率）程度が好ましい。
【００３８】
ＤＳＣ２’ｎｄピーク比は、８％〜６０％に設定することが好ましい。ＤＳＣ２’ｎｄピーク比とは、基材樹脂を加熱したときに、基材樹脂の結晶融点に起因して形成される、低温側と高温側の２つのＤＳＣ（示差走査熱量測定）のピークの合計面積に対する高温側ピークの面積の割合であり、このＤＳＣ２’ｎｄピーク比が、８％未満の場合には、成形時の加熱条件幅が狭く、成形体が収縮し易く、ヒケ易い。また、６０％を越えると、加熱条件を大幅にアップする必要があり、成形機の大型化が必要であり、且つ省エネルギーという観点からもマイナスとなるので８〜６０％、より好ましくは１０〜５０％、特に好ましくは１５〜４０％に設定することになる。
【００３９】
独立気泡率は、６５％未満の場合には、成形時の加熱圧をアップしてなんとかビーズ同士を融着させたとしても、成形体の収縮、ヒケが大きくなり易く、目標の品質の成形体が得られ難くなるので、６５％以上、より好ましくは７５％以上、特に好ましくは８５％以上に設定することになる。
【００４０】
次に、型内発泡成形装置の構成について説明する。
図３に示すように、型内発泡成形装置１０は、対向配置したコア型１１及びキャビティ型１２と、コア型１１とキャビティ型１２とで形成される成形空間１３内に予備発泡ビーズを充填するためのビーズ充填手段と、成形空間１３内に充填された予備発泡ビーズを蒸気により加熱、発泡、融着させる蒸気供給手段と、成形品１を冷却するための冷却手段とを備えている。尚、成形空間１３に対する予備発泡ビーズの充填には、空気以外の窒素ガスなどの無機ガスを用いてもよいが、ここでは清浄な空気を用いて充填する場合について説明する。
【００４１】
コア型１１及びキャビティ型１２は、枠状フレーム１４と裏板１５とを有するハウジング１６にそれぞれ取り付けられ、コア型１１の背面側には第１チャンバ１７が、またキャビティ型１２の背面側には第２チャンバ１８がそれぞれ形成されている。
【００４２】
コア型１１及びキャビティ型１２には、図３〜図５に示すように、コアベント２０やコアベントホール２１からなる通気孔２２が形成され、成形空間１３とチャンバ１７，１８とは通気孔２２を介して連通されている。コアベント２０は、図３、図４に示すように、コア型１１及びキャビティ型１２に形成した取付孔２３に装着される部材であって、底面に予備発泡ビーズの直径よりも小径な貫通孔２２ａ或いは長孔２２ｂを複数形成した有底な筒体のことであり、コアベントホール２１は、図４に示すように、コア型１１及びキャビティ型１２に形成した、予備発泡ビーズの直径よりも小径な貫通孔のことである。
【００４３】
尚、本実施例では、成形型１１，１２として複数の通気孔２２をそれぞれ形成したものを用いたが、これらの通気孔２２を略完全に或いは完全に省略した成形型を用いてもよい。このような成形型を用いる場合には、両成形型を型閉めした状態で、両成形型の合わせ目部分やその付近或いは充填器やエジェクタピンの周囲に、成形空間と外部の配管とを連通させるためのスリットや貫通孔を形成して、予備発泡ビーズの充填用エアや蒸気などの用役流体を制御することになる。このような成形型を用いると、通気孔２２の跡が成形品に形成されないので、表面美麗な成形品が得られること、通気孔の形成作業がほとんど不要になったり完全に不要となるので、成形型の製作コストを低減できること、成形型を薄肉に構成できるので、蒸気による加熱等の応答性を向上できること、成形空間内とチャンバー１７，１８内における蒸気等の用役流体を個別に制御できるので、成形品の表面性と内部の融着率とを独立に制御でき、成形品特性に対する自由度を拡大できること、などの優れた効果を得ることが可能となる。
【００４４】
チャンバ１７，１８は、用役弁ＳＶ１、ＳＶ２及び切替弁ＳＷＶ１、ＳＷＶ２を介して蒸気供給管２５及びエア供給管２６にそれぞれ接続されるとともに、ドレン弁ＤＶ１、ＤＶ２及び切替弁ＳＷＶ３、ＳＷＶ４を介して、ドレン管２７及び真空ポンプＰが介装された減圧管２８にそれぞれ接続されている。そして、用役弁ＳＶ１，ＳＶ２と、ドレン弁ＤＶ１，ＤＶ２と、切替弁ＳＷＶ１，ＳＷＶ２の操作により、チャンバ１７，１８に対して蒸気や圧縮空気などの用役流体を個別に供給或いは排出できるように構成されている。
【００４５】
ビーズ充填手段について説明すると、図３に示すように、サイロ（図示外）から供給される予備発泡ビーズを貯留するための原料タンク２９が設けられ、原料タンク２９には吸気管３０が接続され、吸気管３０の途中部には吸気弁Ｖ１が介装され、吸気弁Ｖ１を制御することで、原料タンク２９の内圧が調整される。
【００４６】
キャビティ型１２側の裏板１５には成形空間１３に開口する充填器３１が取付けられ、原料タンク２９にはシャッター３２が付設され、充填器３１は充填管３３を介して原料タンク２９のシャッター３２に接続され、原料タンク２９に充填された予備発泡ビーズは、空気の流れに乗って充填器３１から成形空間１３内へ供給されるように構成されている。充填器３１には充填エア供給管３４が接続され、充填エア供給管３４の途中部に介装した充填エア弁Ｖ２により、適正圧力の充填エアが供給されるような構成となっている。
【００４７】
原料タンク２９はチャンバ１７，１８の内圧以上の加圧状態に設定され、原料タンク２９に貯留された予備発泡ビーズは、圧縮された状態で、原料タンク２９から成形空間１３への空気の流れに乗って、成形空間１３に充填されるように構成されている。
【００４８】
また、シャッター３２と充填管３３との間には調整エア供給管３５が接続され、調整エア供給管３５の途中部に介装した調整エア弁Ｖ３により、充填管３３に対して適正圧力の調整エアが供給され、予備発泡ビーズは調整エアで希釈されながら、原料タンク２９から充填管３３に供給される。また、調整エアの供給量を変えることで、充填管３３に対し供給される予備発泡ビーズの単位時間当たりの供給量、つまり後述する最終希釈度合が調整される。但し、スクリューコンベア等の供給手段により原料タンク２９から充填管３３に対して予備発泡ビーズを供給することも可能であり、この場合には、調整エア弁Ｖ３及び調整エア供給管３５を省略し、スクリューコンベアの回転速度を変えることでことで、成形空間１３に対する予備発泡ビーズの単位時間当たりの供給量を調整することになる。
【００４９】
本発明の特徴とする第１の構成は、予備発泡ビーズの充填工程において、クラッキング充填と圧縮充填とを順次行って、成形空間１３内が一様な充填密度になるように予備発泡ビーズを充填するように構成した点にある。
【００５０】
予備発泡ビーズの充填工程は、基本的には成含工程とクラッキング充填工程と圧縮充填工程とからなり、次のように構成されている。
先ず、予備発泡ビーズを図示外の成含タンク内に充填して、０．３〜２．０ｋｇ／ｃｍ2の無機ガスを予備発泡ビーズに圧入し、成含した予備発泡ビーズを原料タンク２９に供給する。つまり、本発明で使用する予備発泡ビーズは、ポリオレフィン系樹脂からなり、一般にポリスチレン系樹脂と比較して発泡力が弱いので、蒸気で加熱しても予備発泡ビーズが十分に膨らまず、ビーズ間の密着性が低下したり、ビーズ間の隙間が大きくなって見栄性が低下するなど、成形品の品質が低下することが考えられる。このため、予備発泡ビーズに予め無機ガスを圧入してその発泡力を高めることが好ましい。但し、この成含工程は、使用する樹脂によっては省略することも可能である。
【００５１】
クラッキング充填工程では、図３に示すように、所定のクラッキング隙間Ｃをあけた状態に両成形型１１，１２を型閉めするとともに、原料タンク２９内の圧力を大気圧よりも高い圧力に設定し、充填器３１のフィラ、シャッター３２を開けて、成形空間１３に予備発泡ビーズを充填する。このとき、薄肉成形部１３ｃはクラッキング隙間Ｃ分だけその型開閉方向への厚さを増しているので、薄肉成形部１３ｃに対してもスムーズに予備発泡ビーズが充填されることになる。
【００５２】
クラッキング隙間Ｃは、成形空間１３から予備発泡ビーズが抜け出さないサイズに設定されている。また、原料タンク２９内の圧力は、例えば１．０〜５．０ｋｇ／ｃｍ2に設定され、クラッキング充填後、両成形型１１，１２を型閉めした状態で、薄肉成形部１３ｃ内の予備発泡ビーズの充填密度が所望の適正な充填密度になるように設定されている。このように、型閉めにより充填密度が高くなる薄肉成形部１３ｃ内における予備発泡ビーズの充填密度が、両成形型１１，１２の型閉め後において適正な充填密度になるように設定されているので、薄肉成形部１３ｃ以外における成形空間１３内の充填密度は、適正な充填密度よりも低くなることになる。
【００５３】
次に、圧縮充填を行うため、両成形型１１、１２を型閉めしてから、チャンバ１７，１８を予め設定された圧縮充填圧力に加圧するとともに、原料タンク２９内を成形空間１３内の圧力よりも多少低く設定することになる。このとき、成形空間１３内では、図６に示すように、圧縮充填圧力に応じて予備発泡ビーズが収縮し、成形空間１３内に予備発泡ビーズが充填されていない未充填空間１９が形成される。また、薄肉成形部１３ｃ内の予備発泡ビーズは型閉めにより適度な充填密度で充填されているので、予備発泡ビーズの収縮も小さく、薄肉成形部１３ｃ内から脱落したりすることはない。
【００５４】
次に、充填器３１のフィラ、シャッター３２、充填エア弁Ｖ２、調整エア弁Ｖ３を開け予備発泡ビーズの充填を開始する。充填エア弁Ｖ２における充填エア圧力は、原料タンク２９の内圧より少なくとも２ｋｇ／ｃｍ2以上高く、且つ絶対値で４ｋｇ／ｃｍ2以上に設定する。
【００５５】
充填中は、予備発泡ビーズは、原料タンク２９内の圧縮空気、及び調整エア弁Ｖ３からの圧縮空気、並びに充填エア弁Ｖ２からの圧縮空気で希釈されながら成形空間１３内に流入する。このとき成形空間１３に流入する空気と予備発泡ビーズとの容積比は、成形空間１３に供給される空気の容積を予備発泡ビーズの容積で除算して得られる数値を最終希釈度合と定義すると、最終希釈度合は５以上、好ましくは１０〜５０になるように設定される。
【００５６】
予備発泡ビーズの最終希釈度合が５０よりも大きいと、予備発泡ビーズの単位時間あたりに充填される量が低下するため、充填に時間を要し、成形サイクルタイムが延びるとともに、エア消費量が多くなるという問題がある。また、最終希釈度合が１０よりも小さいと、充填管３３、充填器３１あるいは成形空間１３中で予備発泡ビーズ同士の接触或いは衝突回数が増加するため、予備発泡ビーズの充填を妨げる抵抗が増加するという問題があり、また予備発泡ビーズが空気の流れを阻害するため、充填が良好に行えないという問題があるので、１０〜５０に設定することが好ましい。但し、スクリューコンベア等の供給手段により予備発泡ビーズを供給する場合には、最終希釈度合が所望の値になるように、スクリューコンベアの回転速度を制御して、成形空間１３に対する予備発泡ビーズの単位時間当たりの供給量を設定することになる。
【００５７】
こうして、圧縮充填が完了すると、図７に示すように、圧縮充填により薄肉成形部１３ｃ以外の部分においても十分に予備発泡ビーズが充填されて、充填密度が適正値に設定される。つまり、クラッキング充填により、薄肉成形部１３ｃ内における予備発泡ビーズの充填密度が適正に設定され、圧縮充填により、薄肉成形部１３ｃ以外の成形空間１３内の充填密度が適正に設定されるので、密度バラツキの少ない品質の良い成形品を得ることが可能となるのである。
【００５８】
本発明の特徴とする第２の構成は、成形空間１３のうちの予備発泡ビーズが充填されにくい難充填部に連通する第３チャンバを設け、クラッキング充填後に圧縮充填により予備発泡ビーズを充填するときに、この第３チャンバを介して充填用の空気を排出することで、難充填部に対する予備発泡ビーズの流入を促進して、難充填部における予備発泡ビーズの充填密度を適正に設定した点にある。尚、クラッキング充填により成形空間１３内には予備発泡ビーズが既に充填されているが、両成形型１１，１２の型閉め後、圧縮充填のため成形空間１３内が加圧されると、それに伴って予備発泡ビーズが収縮し、前述のように未充填空間１９が形成されるので、圧縮充填時における予備発泡ビーズの流動性はある程度確保された状態となる。このため、第３チャンバを介して充填用の空気を排出することで、難充填部に対する予備発泡ビーズの流入を促進することが可能となるのである。
【００５９】
難充填部としては、図８に示すように、例えば成形空間１３の外周先端部分１３ａや、仕切壁４を成形する仕切壁成形部１３ｂの奧部や、充填器３１から離れている成形空間１３の遠隔部の奥部などが考えられる。
【００６０】
このような構成の型内発泡成形装置１０Ａについて更に詳細に説明すると、図８、図９に示すように、外周先端部分１３ａの難充填部における充填性を改善するため、型閉めした状態で、コア型１１とキャビティ型１２間にはスリット状のクリアランス４０が形成され、コア型１１及びキャビティ型１２のフランジ部１１ａ，１２ａ間には第３チャンバとしての型間空洞部４１が形成され、外周先端部分１３ａの難充填部はクリアランス４０を介して型間空洞部４１に連通されている。型間空洞部４１は、用役弁ＳＶ３及び切替弁ＳＷＶ１、ＳＷＶ２を介して蒸気供給管２５及びエア供給管２６にそれぞれ接続されるとともに、ドレン弁ＤＶ３及び切替弁ＳＷＶ３、ＳＷＶ４を介して、ドレン管２７及び真空ポンプＰが介装された減圧管２８にそれぞれ接続され、型間空洞部４１の内圧を制御することで、外周先端部分１３ａの難充填部の内圧を調整できるように構成されている。但し、型間空洞部４１は、予備発泡ビーズの充填性を改善するだけであれば、ドレン管にのみ接続すればよく、必ずしも蒸気供給管２５やエア供給管２６や減圧管２８に接続する必要はないが、これらの管に接続することで、後述のように型間空洞部４１における充填用の空気以外の用役流体を制御して、予備発泡ビーズの加熱や成形品１の冷却及び離型時における種々のメリットが得られるので好ましい。
【００６１】
クリアランス４０の開口幅は、予備発泡ビーズの直径よりも小さく設定され、予備発泡ビーズの充填時に、予備発泡ビーズとともに成形空間１３に供給される充填用の無機ガスのみが通過して、予備発泡ビーズが成形空間１３に残留するように構成されている。但し、クリアランス４０はコア型１１及びキャビティ型１２の全周に亙って形成してもよいし、必要部分にのみ局部的に設けてもよい。また、図１０に示すように、クリアランス４０を隔壁４２により複数（図例では２つ）に区画し、これら複数のクリアランス４０に対応させて型間空洞部４１を設け、複数の型間空洞部４１に対して充填用の空気やその他の用役流体を個別に制御できるように構成してもよい。
【００６２】
仕切壁成形部１３ｂの奧部の難充填部における充填性を改善するため、仕切壁成形部１３ｂの奧部には貫通孔４３が形成され、この貫通孔４３に接続された排気管４４は、ドレン弁ＤＶ４及び切替弁ＳＷＶ３、ＳＷＶ４を介して、ドレン管２７及び減圧管２８にそれぞれ接続されている。この場合には、排気管４４の管内空間４５が第３チャンバとして機能し、仕切壁成形部１３ｂの奧部に流入した充填用空気は貫通孔４３及び排気管４４を介して排出されるように構成されている。尚、貫通孔４３は、前記クリアランス４０と同様に、充填性のみを改善するのであれば、ドレン管２７にのみ接続すればよいのであるが、蒸気供給管２５やエア供給管２６や減圧管２８などの他の配管に接続して、より木目細かな用役流体の制御を行うようにしてもよい。
【００６３】
貫通孔４３は、丸孔状やスリット状などの任意の形状に形成することが可能であるが、いずれにしても予備発泡ビーズがこの貫通孔４３を通って排気管４４側へ流入しないような開口幅に形成することになる。また、充填器３１から離間した遠隔部やその他の部位においても、予備発泡ビーズが充填され難い場合には、仕切壁成形部１３ｂの奧部と同様に貫通孔を形成して排気管と接続し、充填用の空気を排出するように構成することが可能である。
【００６４】
本発明の特徴とする第３の構成は、成形空間１３に供給する予備発泡ビーズの温度を所定の設定温度に調整し、これに適応させて圧縮充填時における圧縮充填圧力（圧縮充填時における成形空間１３の内圧）を設定した点にある。
具体的には、図３に示すように、原料ビーズはビーズ温調槽３８で設定温度に加温され、原料供給弁Ｖ４を介して原料タンク２９に供給される。ここで、ビーズ温調槽３８には予備発泡ビーズを加熱するための加熱手段３９を設けるとともに温度センサ３７ａを設け、温度センサ３７ａからの信号に基づいて加熱手段３９による加熱温度を制御することにより、予備発泡ビーズの温度を設定温度に調整することになる。但し、ビーズ温調槽３８の内壁を断熱材で構成したり外壁を断熱材で構成し、ビーズ温調槽３８の保温性を高めるとともに、ビーズ温調槽３８内の雰囲気温度が一様になるように、加熱手段３９として例えば熱風ブロワを用い、ビーズを攪拌しながら温調することが好ましい。また、予備発泡ビーズの温度をより厳密に調整するため、温度センサ３７ａを複数設けて、その平均温度を予備発泡ビーズの温度として用いてもよい。ビーズ温調槽３８から原料タンク２９へ予備発泡ビーズを搬送するための配管は保温し、原料輸送のための空気の温度も予め調整することが好ましい。原料タンク２９には温調手段３６を設けるとともに、原料タンク２９内の雰囲気温度を測定するための温度センサ３７ｂを設け、この温度センサ３７ｂからの信号に基づきビーズ温調槽３８の温度設定の変更、或いは温調手段３６の温度を制御することにより、充填前の予備発泡ビーズの温度を一定にすることができる。
【００６５】
加熱手段３９としては、任意の構成の加熱手段を採用できるが、成形時に加熱蒸気を用いるので、加熱蒸気を利用した加熱手段を設けることが設備経済上好ましい。その他、加熱手段として電気ヒータ等が挙げられ、加熱蒸気を利用した加熱手段と電気ヒータ等の加熱手段とを併用してもよい。温調手段３６としては、成形工場では冷却水温度を３０〜５０℃に管理していることより、この冷却水を利用した温調を行うことが、設備経済上好ましい。
予備発泡ビーズの加熱温度は、常温以上、融点以下の任意の温度に設定できるが、高温域でのビーズの劣化或いは低温域での夏場の温度管理、冬場の省エネを考慮すると、３０℃〜８０℃、さらに、成形機の低圧縮圧力域或いは高圧縮圧力域での圧縮充填圧力の制御精度、ビーズ圧縮特性を考慮すると、３０℃〜５０℃に設定することが好ましい。また、成形品の機械的強度及び重量を安定化させるため、予備発泡ビーズの温度は、設定温度±５℃の範囲内に調整することが好ましい。
【００６６】
また、予備発泡ビーズの圧縮充填圧力は、例えば次のような試験を行って予め設定することになる。
先ず、前記設定温度に対する最適な圧縮充填圧力を求めるために行った試験について説明する。
成形品として、ポリプロピレン製の予備発泡ビーズを用いて、外寸で長さ１１５８．６ｍｍ、幅１４４．３ｍｍ、厚み１１４．３ｍｍの自動車バンパーの芯材を次のようにして製作した。
【００６７】
先ず、嵩密度の異なる複数種類の予備発泡ビーズを用い、これを２４℃の設定温度に保った状態で４．０kg/cm2の圧縮充填圧力で成形空間１３に圧縮充填し、その後蒸気により予備発泡ビーズを加熱融着させて、予備発泡ビーズのビーズ嵩密度の異なる複数種類の成形品を製作した。また、圧縮充填圧力のみを変更して、３．５kg/cm2、３．０kg/cm2にそれぞれ設定した場合の成形品も同様にして製作した。そして、各圧縮充填圧力における、予備発泡ビーズのビーズ嵩密度と乾燥後の成形品重量との関係を求め図１１に示す結果を得た。
【００６８】
次に、嵩密度の異なる複数種類の予備発泡ビーズを用い、これを４０℃の設定温度に保った状態で３．５kg/cm2の圧縮充填圧力で成形空間１３に圧縮充填し、その後蒸気により予備発泡ビーズを加熱融着させて、予備発泡ビーズのビーズ嵩密度の異なる複数種類の成形品を製作した。また、圧縮充填圧力のみを変更して、３．０kg/cm2、２．５kg/cm2、２．０kg/cm2にそれぞれ設定した場合の成形品も同様にして製作した。そして、各圧縮充填圧力における、予備発泡ビーズのビーズ嵩密度と乾燥後の成形品重量との関係を求め図１２に示す結果を得た。
【００６９】
次に、嵩密度の異なる複数種類の予備発泡ビーズを用い、これを５５℃の設定温度に保った状態で３．０kg/cm2の圧縮充填圧力で成形空間１３に圧縮充填し、その後蒸気により予備発泡ビーズを加熱融着させて、予備発泡ビーズのビーズ嵩密度の異なる複数種類の成形品を製作した。また、圧縮充填圧力のみを変更して、２．５kg/cm2、２．０kg/cm2、１．５kg/cm2、１．０kg/cm2にそれぞれ設定した場合の成形品も同様にして製作した。そして、各圧縮充填圧力における、予備発泡ビーズのビーズ嵩密度と乾燥後の成形品重量との関係を求め図１３に示す結果を得た。
【００７０】
本発明において最も好ましい成形条件は、予備発泡ビーズの嵩密度が、サイロから成形空間１３への予備発泡ビーズの移送過程における分級により変動しても、成形品重量が一様になるような成形条件を得ることであり、図１１〜図１３に示す試験結果から判るように、予備発泡ビーズ温度を２４℃に設定した場合には、圧縮充填圧力を３．５kg/cm2に設定したときに、また予備発泡ビーズ温度を４０℃に設定した場合には、圧縮充填圧力を２．０kg/cm2に設定したときに、更に予備発泡ビーズ温度を５５℃に設定した場合には、圧縮充填圧力を１．０kg/cm2に設定したときに、線図がそれぞれ略水平になって、予備発泡ビーズの嵩密度が変化しても成形品重量がほとんど変化していないことが判る。
【００７１】
つまり、成形空間１３内に充填する予備発泡ビーズの温度に応じて圧縮充填圧力を設定することで、予備発泡ビーズの嵩密度が変化しても成形品重量が変化しないように成形品を製作できることが判る。また、圧縮充填圧力を調整するよりも予備発泡ビーズの温度を調整する方が制御し易いので、成形空間１３内に充填する予備発泡ビーズの温度を予め設定した設定温度になるように温度調整し、圧縮充填圧力は該設定温度に応じた圧縮充填圧力に固定することが好ましい。
【００７２】
設定温度は、温度調整のためのエネルギー消費量を少なくしてランニングコストを低下するため、３０〜５０℃の範囲内に設定することが好ましい。また、予備発泡ビーズの温度測定は、直接的に測定することが困難なので、予備発泡ビーズを充填している原料タンク２９等に温度センサを付設して測定することになるが、測定温度と実際の温度との温度差が大きくなると、予備発泡ビーズの嵩密度に応じて成形品重量が大きく変動するので、測定温度は設定温度±５℃内に設定することが好ましい。
【００７３】
圧縮充填圧力は、前記設定温度に適応する圧力に設定することになる。具体的には、大気圧よりも大きく、図１１〜図１３から判るように｛（７０−設定温度［℃］）／１０｝kg/cm2の式で得られる値以下に設定することになる。より好ましくは、０．５kg/cm2以上、｛（７０−設定温度［℃］）／１０｝kg/cm2の式で得られる値以下に設定することになる。
【００７４】
次に、前記試験結果を検証するために行った、検証試験について説明する。
前記成形品と同じサイズの成形品を製作すべく、嵩密度５９〜６４ｇ／Ｌの範囲内の複数種類のポリプロピレン製の予備発泡ビーズを用い、これを４０℃の設定温度に保った状態で２．５kg/cm2の圧縮充填圧力で成形空間に圧縮充填し、その後蒸気により予備発泡ビーズを加熱融着させて、ビーズ嵩密度の異なる１００個の成形品を製作した。そして、これら成形品の予備発泡ビーズのビーズ嵩密度と成形品重量との関係を求め、図１４に示す結果を得た。
【００７５】
次に、前記成形品と同じサイズの成形品を製作すべく、嵩密度５１〜５８ｇ／Ｌの範囲内の複数種類のポリプロピレン製の予備発泡ビーズを用い、これを４０℃の設定温度に保った状態で２．０kg/cm2の圧縮充填圧力で成形空間に圧縮充填し、その後蒸気により予備発泡ビーズを加熱融着させて、ビーズ嵩密度の異なる９００個の成形品を製作した。そして、これら成形品の予備発泡ビーズのビーズ嵩密度と成形品重量との関係を求め、図１５に示す結果を得た。
【００７６】
図１４、図１５に示すように、成形空間１３内に充填する予備発泡ビーズの温度と圧縮充填圧力との関係を適正に設定することで、成形品重量は、予備発泡ビーズの嵩密度に応じて多少増加傾向にはなっているが、大きく増加することはなく、成形品重量のバラツキが少なくなっており、前記試験結果が量産時においても適合していることが判る。
【００７７】
また、圧縮充填開始前の予備発泡ビーズの温度条件で、成形品密度を予備発泡ビーズの嵩密度で除算して得られる予備発泡ビーズの圧縮比が１．２〜１．５、好ましくは１．２５〜１．４５となる圧縮充填圧力に設定することになる。つまり、圧縮比が１．２未満の場合には予備発泡ビーズが十分に発泡せず、離型後に成形品が大幅に収縮したり、ビーズ間に隙間が形成されたりして、良品が得られないという問題がある。また、圧縮比が１．５を越える場合には、充填後の成形空間内におけるビーズ粒子間が非常に狭くなり、加熱蒸気がビーズ粒子間を通過せず融着不良となったり、加熱蒸気が通過した箇所のみ過剰発泡し、成形品に割れが発生するとともに、冷却時間が長くなるという問題があるので、圧縮比が１．２〜１．５となるように圧縮充填圧力を設定することが好ましい。
【００７８】
次に、前記型内発泡成形装置１０Ａを用いた予備発泡ビーズの充填方法の一例について説明する。但し、成含工程及びクラッキング充填工程に関しては前述した充填方法と同じなので、圧縮充填工程についてのみ説明する。
先ず、予備発泡ビーズをビーズ温調槽３８に供給し、ビーズ温調槽３８内における予備発泡ビーズの温度を測定しながら、加熱手段３９によりビーズ温調槽３８内を加熱し、予備発泡ビーズの温度を３０〜５０℃の所定の設定温度に調整した後、保温された原料タンク２９に予備発泡ビーズを供給する。
【００７９】
次に、クラッキング充填後、成形型１１，１２を完全に型閉めしてから、成形空間１３内を予備発泡ビーズの設定温度に適応する圧縮充填圧に調整すべく、チャンバ１７，１８と型間空洞部４１と管内空間４５を予め設定された圧縮充填圧力に加圧するとともに、原料タンク２９内を成形空間１３内の圧力よりも多少低く設定することになる。このように、圧縮充填時における予備発泡ビーズの温度を設定温度に設定し、圧縮充填圧力をこの設定温度に適応した圧力に設定するので、前述のように、予備発泡ビーズの嵩密度に多少のバラツキがあっても、一様な重量の成形品を製作することが可能となる。
【００８０】
次に、充填器３１のフィラ、シャッター３２、充填エア弁Ｖ２、調整エア弁Ｖ３を開け予備発泡ビーズの充填を開始する。充填エア弁Ｖ２における充填エア圧力は、原料タンク２９の内圧より少なくとも２ｋｇ／ｃｍ2以上高く、且つ絶対値で４ｋｇ／ｃｍ2以上に設定する。
【００８１】
充填中は、前記充填方法と同様に、予備発泡ビーズを圧縮空気で希釈させながら成形空間１３内に流入させる。こうして、成形空間１３内に流入した圧縮空気は、通気孔２２とクリアランス４０と貫通孔４３とを通ってチャンバ１７，１８と型間空洞部４１と管内空間４５の圧力を上昇させる。この時、チャンバ１７，１８と型間空洞部４１と管内空間４５の圧力をドレン弁ＤＶ１〜ＤＶ４を用いて個別にあるいはいずれかを組合せて制御することにより、予備発泡ビーズの充填され難い部分に対して、先に予備発泡ビーズを充填して、成形品１の各部における密度のバラツキを抑制したり、充填密度を適正に確保することができる。
【００８２】
例えば、チャンバ１７，１８と型間空洞部４１と管内空間４５の内圧が設定圧以上になったときにドレン弁ＤＶ１〜ＤＶ４を順次開放するように構成するとともに、設定圧を第２チャンバ１８＞第１チャンバ１７＞型間空洞部４１＞管内空間４５とすれば、先ずドレン弁ＤＶ４が開放されて難充填部４０に対して予備発泡ビーズが充填され、難充填部４０への予備発泡ビーズの充填が略完了して、チャンバ１７，１８と型間空洞部４１の内圧が高くなると、ドレン弁ＤＶ３が開放されて、成形空間１３の外縁部に予備発泡ビーズが充填される。こうして設定圧の小さいものから順番にドレン弁が開放されて、成形空間１３に予備発泡ビーズが充填されることになる。
【００８３】
また、別の制御方法としては、充填工程を４つに分け、第１の工程ではドレン弁ＤＶ４のみを使用して管内空間４５の空気圧力を制御し、第２の工程ではドレン弁ＤＶ３、ＤＶ４を用いて型間空洞部４１と管内空間４５の空気圧力を制御し、第３の工程では排気弁ＤＶ１、ＤＶ３、ＤＶ４を用いて第１チャンバ１７と型間空洞部４１と管内空間４５の空気圧力を制御し、第４工程では、排気弁ＤＶ１〜ＤＶ４を用いてチャンバ１７，１８と型間空洞部４１と管内空間４５の空気圧力を制御しつつ、予備発泡ビーズを成形空間１３内に順次充填する。
【００８４】
こうして、予備発泡ビーズを充填した後、充填器３１のフィラを閉めるとともに調整エア弁Ｖ３を閉め、充填エアを用いて充填器３１並びに充填管３３内に残っている予備発泡ビーズを原料タンク２９に戻し、その後充填エア弁Ｖ２並びにシャッター３２を閉めることで充填サイクルは終了し、加熱、冷却、離型の一連の通常成形工程を順次行って、所定成形品１を得ることになる。
【００８５】
尚、前記型内発泡成形装置１０Ａにおいては、クリアランス４０及び型間空洞部４１を形成しているので、これを有効に利用し、クリアランス４０及び型間空洞部４１における用役流体を次のように制御しながら加熱、冷却、離型を行うことも可能である。
【００８６】
即ち、加熱工程において、型間空洞部４１及びクリアランス４０に蒸気を導入して、クリアランス４０の周辺部を加熱するとともに、成形空間１３内にも送入して、成形空間１３の外周先端部分１３ａの予備発泡ビーズの加熱を補う操作を行う。
【００８７】
この場合には、従来比較的熱容量が大きく温度が上昇しにくかった、両成形型１１，１２の外周部を構成するフランジ部１１ａ，１２ａが直接加熱されるようになるので、外周先端部分１３ａの予備発泡ビーズの迅速な温度上昇が可能になるから、結局、成形時間合計を短縮できるという利点が得られるのである。
【００８８】
この他、蒸気による外周先端部分１３ａのエアパージが確実になる、あるいはクリアランス４０を通じて独立した調圧操作が可能となるので、チャンバ圧に対して蒸気圧をプラス、マイナスなどコントロールして成形型１１，１２内の温度バランスを最も好ましい状態に設定でき、大幅なサイクル時間削減あるいは省エネ効果が期待できる。
【００８９】
冷却工程において、冷却水の注水の他、前記クリアランス４０を通して成形空間１３内を減圧して、注水によって成形空間１３内に侵入した水分の気化による冷却を促進するとともに、ドレンを排出する操作を行う。
この場合においても、熱容量が大きく温度が下がりにくい成形型１１，１２のフランジ部１１ａ，１２ａの温度低下を促進できるから、サイクル時間の削減に大いに貢献できるのである。
【００９０】
離型工程において、前記クリアランス４０、型間空洞部４１に溜まっているドレンを排出する操作を行う。その結果、前記冷却時の注水によって生じたクリアランス４０、型間空洞部４１に溜まるドレンが除去できるから、離型のために型開きしても作業場を水濡れ状態にするなどの不具合が解消できる。
【００９１】
尚、これまでの説明では、コア型１１に仕切壁成形部１３ｂが設けられている場合について説明したが、仕切壁成形部１３ｂがキャビティ型１２側に設けられている場合には、これまでの説明におけるチャンバ１７，１８を逆に読み替えた方法を採用することにより、全く同様な作用と効果を得ることができる。また、本実施例では、成形品１の各部における密度が一様になるように、チャンバ１７，１８と型間空洞部４１と管内空間４５の内圧を調整したが、局部的に強度を高めたい部分における予備発泡ビーズの充填密度を高めることも可能である。また、成形品１以外の各種形状の成形品を成形する場合においても、本発明を勿論適用することが可能である。
【００９２】
このようにして成形した成形品１は、例えば薄肉部５の型開閉方向に対する肉厚が３〜１０ｍｍに構成されたものや、仕切壁４の肉厚が２０ｍｍ以下、好ましくは３〜１５ｍｍ、より好ましくは５〜１０ｍｍの薄肉に構成されたものや、成形品１の仕切壁４の厚さ方向に配置されるビーズの個数が３個以下のものなど、従来充填困難であると考えられていたような成形品１であっても、各部における密度が平均密度の±５％以内、好ましくは±４％以内、より好ましくは±３％以内に設定された密度のバラツキの少ない品質のよい成形品１となる。また、予備発泡ビーズの温度を設定温度に保ち、圧縮充填圧力を設定温度に適応する圧力に保った状態で成形するので、例えば９００ｇの成形品を成形するときにおける成形品の重量バラツキ３σを、従来の成形方法では１０％であったものを、３％以下に調整することが可能となり、各成形ショット間における成形品の重量バラツキが少なく、成形品品質及び収率のよい成形品となる。
【００９３】
本発明は、例えばカップ麺の容器のような小さく単純な形状をした成形品１よりも、比較的大きく、複雑な形状をした包装体を成形するときに効果を発揮し、有用なものである。特に、厚肉部と薄肉部５とを共に有するような、集合包装体に有益である。また、各成形ショット間における重量バラツキが少なくなることから、自動車用バンパーの芯材のように、機械的強度と重量に対する制約が厳しい成形品にも好適に利用できる。
【００９４】
【発明の効果】
請求項１に係るポリオレフィン系樹脂の型内発泡成形方法によれば、クラッキング充填と圧縮充填とを順次行って予備発泡ビーズを充填するので、成形品各部における密度が一様な品質の良い成形品を製作できる。また、予備発泡ビーズの充填密度のバラツキが少なくなることから、加熱、冷却のためのエネルギーロスを少なくでき、成形サイクルを短縮して生産性を向上できる。
また、ポリオレフィン系樹脂からなる予備発泡ビーズは、素材自体が軟らかく、しかもガス透過性が高いことから、同一発泡倍率のポリスチレン系樹脂からなる予備発泡ビーズよりも格段に粒子形状が変形しやすく、充填性を一層向上できるので好ましい。
【００９５】
更に、クラッキング充填完了後の型開閉方向に薄肉な薄肉成形部における予備発泡ビーズの充填密度が適正値になるように、クラッキング充填により成形空間内に予備発泡ビーズを充填するので、成形空間内に充填した予備発泡ビーズの充填密度を一様に且つ適正値に設定することが可能となる。
【００９６】
本発明に係る成形方法では、請求項２記載のように、薄肉部の型開閉方向の厚さを予備発泡ビーズの直径の５０〜３００％に設定した成形品でも、成形性や品質を低下させることなく製作することが可能となる。
【００９７】
請求項３記載の成形方法によれば、圧縮充填時に、３つのチャンバの無機ガス圧を個別に或いはいずれかの組み合わせにより制御し、圧縮した予備発泡ビーズを無機ガスの流れに乗せて成形空間内へ充填するので、例えば予備発泡ビーズが充填されにくい難充填部に対して先に予備発泡ビーズが充填されるように、各チャンバの無機ガス圧を制御することで、成形品の各部における充填密度を一様に設定できる。このため予備発泡ビーズが充填されにくい、例えば薄肉な仕切壁を有するような成形品でも、充填器の個数を増やすことなく、成形品の各部における充填密度を適正な値に設定できる。また、強度、剛性を高めたい部分に対して先に予備発泡ビーズを充填すると、該部分における充填密度を局部的に高めてその強度を高めることが可能となる。
【００９８】
請求項４記載のように、第３チャンバとして、コア型とキャビティ型間のクリアランスを介して成形空間に連通する単数又は複数のチャンバを備えると、クリアランスを介して成形空間の外周部に流入した充填用の無機ガスを効率的に外部へ排出できるので、例えば底の深い容器等を製作するときには、容器の開口縁に対応する位置にクリアランスが形成されるように構成することで、充填器の個数を増やすことなく、予備発泡ビーズの充填密度を適正に設定でき、容器の品質を向上することが可能となる。
【００９９】
請求項５記載のように、第３チャンバとして、予備発泡ビーズが充填され難い有底な幅狭状の仕切壁成形部の奥部に連通する単数又は複数のチャンバを備えると、充填密度を十分に確保できないことから、従来成形困難であると考えられていた例えば厚さ２０ｍｍ以下の仕切壁を有するような複雑形状の成形品でも、仕切壁成形部に対して先に予備発泡ビーズを充填することで、仕切壁成形部における予備発泡ビーズの充填密度を高めて、適正な密度の品質のよい成形品を製作することが可能となる。
【０１００】
請求項６記載のように、第３チャンバとして、予備発泡ビーズの充填器から離れている成形空間の遠隔部の奥部に連通する単数又は複数のチャンバを備えると、予備発泡ビーズの充填密度が低下し易い遠隔部の充填密度を十分に確保でき、品質のよい成形品を製作することが可能となる。
【０１０１】
請求項７記載のように、成形空間に充填する予備発泡ビーズを、３０〜５０℃の範囲内の設定温度を中心とした±５℃の一定温度に温度調整するとともに、圧縮充填圧力を前記設定温度に適応する圧力であって大気圧よりも大きく、｛（７０−設定温度［℃］）／１０｝kg/cm2の式で得られる値以下の一定圧力に設定すると、予備発泡ビーズの嵩密度が各成形ショット間において予備発泡ビーズの移送時における分級等により変動しても、その悪影響を受けることなく一様な重量の成形品を製作できるので、成形品の品質安定性を格段に向上できる。
また、予備発泡ビーズの温度を設定温度±５℃の範内に設定するので、比較的容易に温度調整可能で、しかも各成形ショット間における成形品の嵩密度のバラツキを、成形品の品質に悪影響を及ぼさない程度に低減できるので好ましい。
【０１０２】
請求項８記載のように、前記設定温度において、成形品密度を予備発泡ビーズの嵩密度で除算して得られる予備発泡ビーズの圧縮比が１．２〜１．５となる圧縮充填圧力に設定すると、成形のサイクルタイムを短くして生産性を向上できるとともに、ビーズ同士が適正に密着した品質の良い成形品を成形できる。また、成形品の嵩密度と予備発泡ビーズの嵩密度とが接近するので、予備発泡ビーズの輸送効率や保管効率を高めることが可能となる。
【０１０３】
請求項９記載のように、予備発泡ビーズとして、ポリオレフィン系樹脂からなり、セル径が１００〜９００μｍ、発泡倍率が５〜６０倍、ＤＳＣ２'ｎｄピーク比が８〜６０％、独立気泡率が６５％以上のポリオレフィン系樹脂からなる予備発泡ビーズを用いると、成形品の表面性を向上し、その外観の見栄性を向上できるとともに、成形時の加熱条件に対する制約を緩和して、成形性及び省エネ性を向上できる。
【０１０４】
予備発泡ビーズとしては、ポリオレフィン系樹脂からなるものであれば任意の素材からなるものを採用できるが、安価で且つ入手が容易なことから、請求項１０記載のようにポリプロピレン系樹脂や、請求項１１記載のようにポリエチレン系樹脂からなるものを採用することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 成形品の斜視図
【図２】 成形品の縦断面図
【図３】 型内発泡成形装置の縦断面図
【図４】 通気孔付近の縦断面図
【図５】 コアベントの正面図
【図６】 クラッキング充填工程の説明図
【図７】 圧縮充填工程の説明図
【図８】 他の構成の型内発泡成形装置の縦断面図
【図９】 両成形型の合わせ目付近の縦断面図
【図１０】 他の構成の型内発泡成形装置の図９相当図
【図１１】 予備発泡ビーズの嵩密度と成形品重量との関係を示す線図
【図１２】 予備発泡ビーズの嵩密度と成形品重量との関係を示す線図
【図１３】 予備発泡ビーズの嵩密度と成形品重量との関係を示す線図
【図１４】 予備発泡ビーズの嵩密度と成形品重量との関係を示す線図
【図１５】 予備発泡ビーズの嵩密度と成形品重量との関係を示す線図
【図１６】 従来技術に係る型内発泡成形装置の縦断面図
【符号の説明】
１ 成形品 ２ 本体部
３ 収容空間 ４ 仕切壁
５ 薄肉部
１０ 型内発泡成形装置
１１ コア型 １２ キャビティ型
１１ａ，１２ａ フランジ部
１３ 成形空間 １３ａ 外周先端部分
１３ｂ 仕切壁成形部 １３ｃ 薄肉成形部
１４ 枠状フレーム １５ 裏板
１６ ハウジング １７ 第１チャンバ
１８ 第２チャンバ １９ 未充填空間
２０ コアベント
２１ コアベントホール
２２ 通気孔 ２３ 取付孔
２２ａ 貫通孔 ２２ｂ 長孔
ＳＶ１〜ＳＶ３ 用役弁
ＳＷＶ１〜ＳＷＶ４ 切替弁
ＤＶ１〜ＤＶ４ ドレン弁
Ｖ１ 吸気弁 Ｖ２ 充填エア弁
Ｖ３ 調整エア弁
２５ 蒸気供給管 ２６ エア供給管
２７ ドレン管 Ｐ 真空ポンプ
２８ 減圧管 ２９ 原料タンク
３０ 吸気管 ３１ 充填器
３２ シャッター ３３ 充填管
３４ 充填エア供給管
３５ 調整エア供給管
３６ 温調手段
３７ａ 温度センサ ３７ｂ 温度センサ
３８ ビーズ温調槽 ３９ 加熱手段
４０ クリアランス ４１ 型間空洞部
４２ 隔壁 ４３ 貫通孔
４４ 排気管 ４５ 管内空間
Claims (11)
- 型開閉方向に薄肉な薄肉部を有する成形品を成形するための型内発泡成形方法であって、クラッキング隙間が形成されるように両成形型を型閉めした状態で、クラッキング充填によりポリオレフィン系樹脂からなる予備発泡ビーズを成形空間内に充填し、次に両成形型を完全に型閉めした状態で、圧縮充填により予備発泡ビーズを充填して、成形空間内に予備発泡ビーズを充填するにあたり、クラッキング充填完了後に両成形型を完全に型閉めした状態で、型開閉方向に薄肉な薄肉成形部における予備発泡ビーズの充填密度が適正値なるように、クラッキング充填において成形空間内に予備発泡ビーズを充填し、圧縮充填において、薄肉成形部以外における成形空間内の予備発泡ビーズの充填密度が、前記適正値になるまで予備発泡ビーズを圧縮充填して、成形空間内における予備発泡ビーズの充填密度を一様に且つ前記適正値に設定することを特徴とするポリオレフィン系樹脂の型内発泡成形方法。
- 前記薄肉部の型開閉方向の厚さを予備発泡ビーズの直径の５０〜３００％に設定した請求項１記載のポリオレフィン系樹脂の型内発泡成形方法。
- 両成形型間に形成される成形空間と、この成形空間における用役流体を制御するための少なくとも３つのチャンバであって、成形空間に連通するコア型背面側の第１チャンバと、成形空間に連通するキャビティ型背面側の第２チャンバと、成形空間のうちの予備発泡ビーズが充填されにくい難充填部に連通する第３チャンバとを備えた型内発泡成形装置を用い、予備発泡ビーズの圧縮充填時に、各チャンバの無機ガス圧を個別に或いはいずれかの組み合わせにより制御しながら、成形空間内に予備発泡ビーズを圧縮充填する請求項１又は２記載のポリオレフィン系樹脂の型内発泡成形方法。
- 前記第３チャンバとして、コア型とキャビティ型間のクリアランスを介して成形空間に連通する単数又は複数のチャンバを備えた請求項３記載のポリオレフィン系樹脂の型内発泡成形方法。
- 前記第３チャンバとして、予備発泡ビーズが充填され難い有底な幅狭状の仕切壁成形部の奥部に連通する単数又は複数のチャンバを備え、予備発泡ビーズの充填時に、仕切壁成形部に対して先に予備発泡ビーズが充填されるように３つのチャンバの無機ガス圧を制御する請求項３又は４記載のポリオレフィン系樹脂の型内発泡成形方法。
- 前記第３チャンバとして、予備発泡ビーズの充填器から離れている成形空間の遠隔部の奥部に連通する単数又は複数のチャンバを備え、予備発泡ビーズの充填時に、遠隔部に対して先に予備発泡ビーズが充填されるように無機ガス圧を制御する請求項３〜５のいずれか１項記載のポリオレフィン系樹脂の型内発泡成形方法。
- 成形空間に充填する予備発泡ビーズを、３０〜５０℃の範囲内の設定温度を中心とした±５℃の一定温度に温度調整するとともに、圧縮充填圧力を前記設定温度に適応する圧力であって大気圧よりも大きく、｛（７０−設定温度［℃］）／１０｝kg/cm2の式で得られる値以下の一定圧力に設定した請求項１〜６のいずれか１項記載のポリオレフィン系樹脂の型内発泡成形方法。
- 前記設定温度において、成形品密度を予備発泡ビーズの嵩密度で除算して得られる予備発泡ビーズの圧縮比が１．２〜１．５となる圧縮充填圧力に設定する請求項７記載のポリオレフィン系樹脂の型内発泡成形方法。
- 前記予備発泡ビーズとして、ポリオレフィン系樹脂からなり、セル径が１００〜９００μｍ、発泡倍率が５〜６０倍、ＤＳＣ２'ｎｄピーク比が８〜６０％、独立気泡率が６５％以上のポリオレフィン系樹脂からなる予備発泡ビーズを用いた請求項１〜８のいずれか１項記載のポリオレフィン系樹脂の型内発泡成形方法。
- 前記予備発泡ビーズがポリプロピレン系樹脂からなる請求項１〜９のいずれか１項記載のポリオレフィン系樹脂の型内発泡成形方法。
- 前記予備発泡ビーズがポリエチレン系樹脂からなる請求項１〜１０のいずれか１項記載のポリオレフィン系樹脂の型内発泡成形方法。
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